Bảo vệ quá dòng

Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng Bởi: PGS.TS Lê Kim Hùng Bảo vệ dòng Bảo vệ dòng có thời gian (51): Bảo vệ dòng làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (đường 1) phụ thuộc (đường 2) hỗn hợp (đường 3;4) Thời gian làm việc bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập không phụ thuộc vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch lớn thời gian tác động bé Bảo vệ dòng với đặc tuyến thời gian độc lập: Ưu điểm dạng bảo vệ cách tính toán cài đặt bảo vệ đơn giản dễ áp dụng Thời gian đặt bảo vệ phải phối hợp với cho cắt ngắn mạch cách nhanh mà đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ Đặc tính thời gian bảo vệ dòng độc lập (1), phụ thuộc (2) hỗn hợp (3, 4) (Hình 4.1) 1/30 Bảo vệ quá dòng Hiện thường dùng phương pháp phối hợp bảo vệ dòng liền kề phương pháp theo thời gian, theo dòng điện phương pháp hỗn hợp thời gian dòng điện Phối hợp bảo vệ theo thời gian: Đây phương pháp phổ biến thường đề cập tài liệu bảo vệ rơle hành Nguyên tắc phối hợp nguyên tắc bậc thang, nghĩa chọn thời gian bảo vệ cho lớn khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn cấp bảo vệ liền kề trước (tính từ phía phụ tải nguồn) tn = t(n-1)max + Δt (4-1) • Trong đó: tn: thời gian đặt cấp bảo vệ thứ n xét t(n-1)max: thời gian tác động cực đại bảo vệ cấp bảo vệ đứng trước (thứ n) Δt: bậc chọn lọc thời gian xác định công thức: Δt = ER.10-2.[t(n-1)max + tn] + tMC(n-1) + tdp ≈ 2.10-2.ER.t(n-1)max + tMC (n-1) + tqt + tdp (4-2) • Với: ER: sai số thời gian tương đối chức dòng cấp xét (có thể gây tác động sớm hơn) cấp bảo vệ trước (kéo dài thời gian tác động bảo vệ), rơle số thường ER = ( ÷ 5)% tuỳ rơle tMC (n-1): thời gian cắt máy cắt cấp bảo vệ trước, thường có giá trị lấy (0,1 ÷ 0,2) sec MC không khí, (0,06 ÷ 0,08) sec với MC chân không (0,04 ÷ 0,05) sec với MC khí SF6 tqt: thời gian sai số quán tính khiến cho rơle trạng thái tác động ngắn mạch bị cắt, với rơle số tqt thường nhỏ 0,05 sec tdp: thời gian dự phòng Đối với rơle điện bậc chọn lọc thời gian Δt thường chọn 0,5 sec, rơle tĩnh khoảng 0,4 sec rơle số Δt = (0,2 ÷ 0,3) sec tùy theo loại máy cắt sử dụng 2/30 Bảo vệ quá dòng Giá trị dòng điện khởi động bảo vệ IKĐB trường hợp xác định bởi: IKĐB = Kat.Kmm.Ilvmax Ktv (4-3) • Trong đó: Kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm có ngắn mạch sai số tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% BI 20% tổng trở nguồn bị biến động) Kmm: hệ số mở máy, lấy Kmm= (1.5 ÷ 2,5) Ktv: hệ số trở chức bảo vệ dòng, lấy khoảng (0,85 ÷ 0,95) Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv xuất phát từ yêu cầu đảm bảo làm việc ổn định bảo vệ có nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy động sau TĐL đóng thành công) hệ thống mà bảo vệ không tác động Giá trị dòng khởi động bảo vệ cần phải thoả mãn điều kiện: Ilvmax < IKĐB < IN (4-4) • Với: Ilv max: dòng điện cực đại qua đối tượng bảo vệ, thường xác định chế độ cực đại hệ thống, thông thường: Ilv max = (1,05 ÷ 1,2).Iđm (4-5) Trong trường hợp không thoả mãn điều kiện (4-4) phải sử dụng bảo vệ dòng có kiểm tra áp IN min: dòng ngắn mạch nhỏ ngắn mạch vùng bảo vệ Khi yêu cầu phải cài đặt giá trị dòng khởi động cho rơle, giá trị tính theo công thức: IKĐR = K(3).IKĐB sđ nI (4-6) • Trong đó: nI: tỷ số biến đổi BI 3/30 Bảo vệ quá dòng (3) K sđ: hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào cách mắc sơ đồ BI K(3) sđ = I(3) R I(3) Đối với sơ đồ hoàn T (3) toàn khuyết K(3) sđ = 1, sơ đồ số Ksđ = √3 Phối hợp bảo vệ theo dòng điện: thông thường ngắn mạch gần nguồn dòng ngắn mạch lớn dòng ngắn mạch giảm dần vị trí điểm ngắn mạch xa nguồn Yêu cầu đặt phải phối hợp bảo vệ tác động theo dòng ngắn mạch cho rơle gần điểm ngắn mạch tác động cắt máy cắt mà thời gian tác động bảo vệ chọn theo đặc tính thời gian độc lập Nhược điểm phương pháp cần phải biết công suất ngắn mạch nguồn tổng trở ĐZ hai đầu ĐZ đặt rơle mà ta cần phải phối hợp để đảm bảo tính chọn lọc độ xác bảo vệ không đảm bảo ĐZ gần nguồn có công suất ngắn mạch biến động mạnh ngắn mạch qua tổng trở có giá trị lớn Do nhược điểm mà phương pháp phối hợp theo dòng điện thường sử dụng để bảo vệ ĐZ có công suất nguồn biến động cho dạng ngắn mạch Phương pháp tính theo dòng ngắn mạch pha lựa chọn giá trị đặt bảo vệ cho rơle gần điểm cố tác động Giả sử xét ngắn mạch pha N(3) điểm N2 hình 4.3, giá trị dòng ngắn mạch N2 xác định theo công thức: IN = c.Unguồn √3(Znguồn+ZAB) (4-7) • Trong đó: Unguồn: điện áp dây nguồn c: hệ số thay đổi điện áp nguồn, lấy c = 1,1 Znguồn: tổng trở nguồn, xác định bằng: Znguồn = U2 nguồn SNM (4-8) • với SNM công suất ngắn mạch nguồn 4/30 Bảo vệ quá dòng Đặc tuyến thời gian bảo vệ dòng lưới điện hình tia cho trường hợp phối hợp theo dòng điện (Hình 4.3) Chúng ta nhận thấy dòng ngắn mạch phía sau điểm N2 (tính phía tải) có giá trị nhỏ IN2(bỏ qua trường hợp ngắn mạch qua tổng trở lớn) giá trị đặt dòng điện cho bảo vệ đặt A chọn lớn dòng IN2 Trong trường hợp tổng quát, giá trị dòng điện cấp thứ n (tính phía phụ tải) chọn theo phương pháp phối hợp dòng điện tính theo công thức: IKĐn = Kat.c.Unguồn m √3(Znguồnmax + ∑n = Z(n − 1)) (4-9) • Trong đó: ∑mn = Z(n − 1): tổng trở ĐZ tính từ nguồn đến cấp bảo vệ thứ (n -1) m: số cấp bảo vệ toàn ĐZ Kat = (1,1 ÷ 1,3): hệ số an toàn để đảm bảo không cắt nhầm có ngắn mạch sai số tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% BI 20% tổng trở nguồn bị biến động) Chúng ta thấy có hệ số an toàn Kat > nên bảo vệ tồn vùng chết xảy ngắn mạch góp Ưu điểm phương pháp ngắn mạch gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch nhỏ 5/30 Bảo vệ quá dòng Bảo vệ dòng cực đại với đặc tuyến thời gian phụ thuộc: Bảo vệ dòng có đặc tuyến thời gian độc lập nhiều trường hợp khó thực khả phối hợp với bảo vệ liền kề mà đảm bảo tính tác động nhanh bảo vệ Một phương pháp khắc phục người ta sử dụng bảo vệ dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc Hiện phương thức tính toán chỉnh định rơle dòng số với đặc tính thời gian phụ thuộc đa dạng chủng loại tiêu chuẩn nên thực tế chưa thống mặt lý thuyết điều gây khó khăn cho việc thẩm kế kiểm định giá trị đặt Phối hợp đặc tuyến thời gian bảo vệ dòng lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc(Hình 4.4) Rơle dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc sử dụng cho ĐZ có dòng cố biến thiên mạnh thay đổi vị trí ngắn mạch Trong trường hợp sử dụng đặc tuyến độc lập nhiều không đam bảo điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt cố, ổn định hệ thống Hiện người ta có xu hướng áp dụng chức bảo vệ dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc bảo vệ thông thường thay cho rơle có đặc tuyến độc lập Đối với rơle dòng có đặc tuyến thời gian phụ thuộc có giới hạn loại điện Liên Xô (cũ) đường đặc tuyến tiêu chuẩn thống nhất, thay đổi theo rơle Trong tất rơle dòng số siemens, ALSTOM, SEL, ABB , tích hợp hai đặc tuyến độc lập phụ thuộc Giá trị đặt dòng phụ thuộc thời gian xác định ba cách sau: Dưới dạng bảng giá trị số “dòng - thời gian” Dưới dạng đồ thị logarit số 10 (lg) Dưới dạng công thức đại số 6/30 Bảo vệ quá dòng Hiện thực tế tồn nhiều tiêu chuẩn đường cong đặc tuyến thời gian phụ thuộc bảo vệ dòng số như: tiêu chuẩn uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC), viện kỹ thuật điện-điện tử Mỹ (IEEC), viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) , tiêu chuẩn IEC (IEC255-3) thường sử dụng Tiêu chuẩn IEC255-3 bao gồm họ đặc tuyến có độ dốc khác nhau: độ dốc chuẩn (IEC255-3A), dốc (IEC255-3B), cực dốc (IEC255-3C) Trong trường hợp chung, công thức xác định thời gian tác động trở họ đường cong sau: ttâ = TD K n m −1 ; ttv = TD K1 m −1 (4-10) • Trong đó: ttđ, ttv: tương ứng thời gian tác động thời gian trở bảo vệ ứng với bội số dòng m • Giá trị m xác định công thức: m = IN IKĐB • với IN: giá trị dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ • IKĐB: dòng điện khởi động bảo vệ xác định theo giá trị dòng điện tải, tính theo biểu thức: Pdd IKĐB = (1,1 ÷ 1,5) √3.U.cosϕ (4-11) • Trong đó: Pdd: công suất tác dụng danh định tải chạy qua đối tượng bảo vệ U: điện áp dây danh định lưới điện TD: hệ số thời gian (Time Dial) đường cong đường cong tiêu chuẩn giá trị đặt ta chọn đường cong nhớ rơle K, K1, n: giá trị phụ thuộc vào loại đường cong đặc tuyến có độ dốc khác Ví dụ tương ứng với tiêu chuẩn ta có giá trị sau: IEC255-3A: K = 0,14, K1 = - 1,08, n = 0,02; IEC255-3B: K = 13,5, K1 = - 13,5, n = 1; IEC255-3B: K = 80, K1 = - 80, n = Dưới giới thiệu số đường cong đặc tuyến theo tiêu chuẩn IEC255: Đường cong dốc chuẩn SIT (standard inverse time): hình 4.5 7/30 Bảo vệ quá dòng Đường cong dốc chuẩn (SIT) theo tiêu chuẩn IEC255-3A (Hình 4.5) ttâ = TD 0,14 m 0,02 −1 ; ttv = −TD 1,08 m2 − (4-12) Đường cong dốc VIT (very inverse time) IEC255-3B: hình 4.6 Đường cong dốc (VIT) theo tiêu chuẩn IEC255-3B (Hình 4.6) 13,5 ttđ = TD m − ; ttv = −TD 13,5 m2 − (4-13) 8/30 Bảo vệ quá dòng - Đường cong cực dốc EIT (extremely inverse time): hình 4.7 Đường cong cực dốc (EIT) theo tiêu chuẩn IEC255-3C (Hình 4.7) ttđ = TD 80 m −1 ttđ = −TD ; 80 m2 − (4-14) Cần ý hệ số thời gian đặt TD thường dao động khoảng (0,05 ÷ 3), đồ thị đặc tuyến cho với giá trị TD (0,1 ÷ 1) Ngoài tiêu chuẩn IEC255 có họ đặc tuyến khác họ đường cong siêu dốc UIT, đường cong tác động nhanh ST (short time) sử dụng Bảo vệ dòng cắt nhanh (50): Chúng ta nhận thấy bảo vệ dòng thông thường gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường mức độ nguy hiểm cao cần loại trừ nhanh tốt Để bảo vệ ĐZ trường hợp người ta dùng bảo vệ dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có khả làm việc chọn lọc lưới có cấu hình với nguồn (hình 4.8) hay nhiều nguồn (hình 4.9) cung cấp Ưu điểm cách ly nhanh cố với công suất ngắn mạch lớn gần nguồn Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm hoàn toàn ĐZ cần bảo vệ, nhược điểm lớn loại bảo vệ 9/30 Bảo vệ quá dòng Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt bảo vệ dòng cắt nhanh phải chọn cho lớn dòng ngắn mạch cực đại (ở dòng ngắn mạch pha trực tiếp) qua chỗ đặt rơle có ngắn mạch vùng bảo vệ Sau tính toán giá trị đặt bảo vệ cho số mạng điện thường gặp Mạng điện hình tia nguồn cung cấp: Đối với mạng điện hình tia nguồn cung cấp (hình 4.8), giá trị dòng điện khởi động bảo vệ đặt góp A xác định theo công thức: IAKĐ50 = Kat.INngoài max (4-15) • Trong đó: Kat: hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng sai số tính toán ngắn mạch, cấu tạo rơle, thành phần không chu kì dòng ngắn mạch biến dòng Với rơle điện Kat = (1,2 ÷ 1,3), với rơle số Kat = 1,15 INngoài max: dòng ngắn mạch pha trực tiếp lớn qua bảo vệ ngắn vùng bảo vệ Ở dòng ngắn mạch pha trực tiếp góp B Bảo vệ dòng điện cắt nhanh ĐZ nguồn cung cấp (Hình 4.8) ĐZ có hai nguồn cung cấp: Xét ĐZ có hai nguồn cung cấp hình 4.9, để đảm bảo cho bảo vệ (đặt góp A) bảo vệ (đặt góp B) tác động giá trị dòng điện khởi động hai bảo vệ ( IAKĐ50, IBKĐ50) phải chọn theo điều kiện: IAKĐ50 = IBKĐ50 = Kat.Max{IANngoàimax;IBNngoàimax} (4-16) 10/30 Bảo vệ quá dòng Mạng điện hình tia có hai nguồn cung cấp: Chúng ta xét cấp tác động cho sơ đồ mạng điện hình 4.13 Bảo vệ dòng có hướng cấp I: Bảo vệ dòng điện có hướng cấp I làm việc bảo vệ dòng cắt nhanh có hướng, dòng điện khởi động IKĐ 67 bảo vệ rơle cho cấp xác định theo công thức: IKĐ 67 = Kat.INngoài max (4- 24) Vì bảo vệ cấp I có tính chọn lọc tuyệt đối nên thời gian tác động bảo vệ (tIđặt) chọn sec Tuy nhiên để tránh trường hợp bảo vệ tác động nhầm có sét đánh vào ĐZ gây ngắn mạch tạm thời ngắn mạch vùng bảo vệ có xung dòng lớn người ta cho bảo vệ tác động có thời gian trễ khoảng (0,01 ÷ 0,05) sec Bảo vệ dòng có hướng cấp II: Vùng bảo vệ cấp II đóng vai trò dự trữ cho bảo vệ cấp I Dòng điện đặt rơle IIIđặt chọn theo phối hợp với dòng khởi động cấp I bảo vệ (liền kề) thông qua hệ số phân dòng Kpd 16/30 Bảo vệ quá dòng Phối hợp thời gian bảo vệ dòng có hướng theo đặc tuyến thời gian độc lập cho trường hợp ĐZ có hai nguồn cung cấp (Hình 4.13) Xét bảo vệ đặt góp A Dòng điện khởi động cấp II bảo vệ góp A chọn phụ thuộc vào phân bố dòng điện góp B Trường hợp góp B có rẽ nhánh, dòng điện khởi động cấp II bảo vệ xác định theo công thức: IIIKĐ67 = Kat.Kpd.INT (4-25) • Trong đó: Kpd: hệ số phân dòng INT: dòng ngắn mạch ngắn mạch sau MBA nhánh rẽ góp B Trường hợp góp B có nguồn công suất nối vào, dòng điện khởi động lúc xác định theo công thức: IIIKĐ67 = Kat.KpdF.IIKĐ(3) (4-26) • với IIđặt(3): dòng điện đặt cấp I bảo vệ góp B; KpdF: hệ số phân dòng nguồn máy phát nối vào góp B cung cấp • Thời gian tác động cấp II chọn theo điều kiện: tIIđặtBVi = tIâàûtBVi + Δt (4-27) Thông thường thời gian đặt cấp II bảo vệ chọn khoảng (0,3 ÷ 0,5) sec I.4.1.3 Bảo vệ dòng có hướng cấp III: Thực chất vùng bảo vệ làm việc bảo vệ dòng cực đại có hướng dự trữ cho cấp I cấp II Dòng điện khởi động cấp bảo vệ chọn theo công thức: IIII KĐ67 = Kat.Kmm.Ilvmax Ktv (4-28) Với mạng điện hình 4.13 Để chọn thời gian làm việc vùng bảo vệ cấp III, theo hướng tác động chia làm hai nhóm: Nhóm 1: gồm bảo vệ có hướng tác động từ trái sang phải: 1, 3, 17/30 Bảo vệ quá dòng Nhóm 2: gồm bảo vệ có hướng tác động từ phải sang trái: 2, 4, 6.Thời gian làm việc nhóm chọn theo nguyên tắc bậc thang giống với bảo vệ dòng thông thường, nghĩa thời gian làm việc bảo vệ thứ n xác định theo công thức (4-1) tIII đặt = t(n − 1)max + Δt (4-29) • Trong đó: tIII đặtn: thời gian đặt bảo vệ thứ n xét t(n-1) max: thời gian làm việc lớn bảo vệ liền kề trướcbảo vệ xét Δt: bậc chọn lọc thời gian, với rơle số Δt = (0,2 ÷ 0,3) sec Đối với rơle số thường tích hợp hai chức dòng có thời gian độc lập phụ thuộc nên tuỳ vào trường hợp chế độ vận hành mà sử dụng hai kết hợp hai đặc tuyến cho hợp lý Trên hình 4.13 trình bày phương án phối hợp thời gian tác động cấp III cho bảo vệ theo đặc tuyến thời gian độc lập Mạng điện vòng có nguồn cung cấp: Đối với mạng điện vòng nguồn cung cấp (hình 4.14) chọn thời gian cho bảo vệ với mạng hình tia hai nguồn cung cấp, thời gian tác động bảo vệ (t2, t5) không cần phải phối hợp thời gian với bảo vệ khác ngắn mạch nhánh nguồn (nhánh 7) dòng ngắn mạch chạy mạch vòng Dòng điện khởi động bảo vệ trường hợp phải phối hợp với bảo vệ hướng để tránh trường hợp bảo vệ tác động nhầm Ví dụ với mạng điện hình 4.14, dòng điện khởi động bảo vệ phải thoả mãn điều kiện: Iđặt > Iđặt > Iđặt Iđặt > Iđặt > Iđặt (4-30) 18/30 Bảo vệ quá dòng Bảo vệ dòng có hướng cho mạng điện vòng nguồn cung cấp (Hình 4.14) Khi ngắn mạch xảy gần góp nguồn xảy tượng khởi động không đồng thời, tượng làm cho thời gian cắt cố tăng lên Vì bảo vệ sử dụng phận định hướng công suất nên tồn “vùng chết” mà ngắn mạch giá trị điện áp đưa vào bảo vệ thấp ngưỡng điện khởi động tối thiểu bảo vệ tác động Khi tính toán dòng điện khởi động cho bảo vệ mạng vòng phải ý đến trường hợp có máy cắt mở, mạng trở thành sơ đồ hình tia nguồn cung cấp, lúc phân bố công suất mạng khác bảo vệ tác động nhầm Bảo vệ dòng có hướng cho ĐZ kép phối hợp thời gian cho bảo vệ (Hình 4.15) 19/30 Bảo vệ quá dòng Đường dây song song: Khi bảo vệ trang bị phận định hướng công suất với chiều tác động ứng với luồng công suất từ góp vào ĐZ không cần phối hợp thời gian tác động bảo vệ với bảo vệ (hình 4.15), ngắn mạch ĐZ D3 (điểm N3) bảo vệ không làm việc Trong trường hợp bảo vệ phối hợp thời gian trực tiếp với bảo vệ 5: t1 = t3 = t5 + Δt (4-31) Chỉ cần đặt định hướng công suất cho bảo vệ 4, thời gian tác động bảo vệ chọn nhỏ tuỳ ý (nhưng yêu cầu t2, t4 phải nhỏ t1 t3) Dòng điện khởi động bảo vệ chọn phải đam bảo cho cắt ĐZ dòng điện làm việc lớn qua bảo vệ ĐZ lại không làm bảo vệ tác động, nghĩa là: IKĐ > Ilv max hay IKĐ = Kat.Ilv max (4-32) • Trong đó: Ilvmax: dòng điện làm việc lớn qua bảo vệ vận hành nhánh ĐZ song song Kat: hệ số an toàn, Kat = 1,2 ÷ 1,3 Bảo vệ dòng chạm đất (50/51N): Độ lớn dòng chạm đất phụ thuộc vào chế độ làm việc điểm trung tính hệ thống điện Trong lưới điện có trung tính cách điện với đất, dòng chạn đất thường không vượt vài chục ampe (thường ≤ 30 A) Còn lưới có điểm trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang (cuộn Peterson), dòng chạm đất giảm nhiều Sự nguy hiểm tình trạng chạm đất lưới có trung tính cách đất nối đất qua cuộn dập hồ quang điện áp hai pha lại không chạm đất tăng lên điện áp dây chuyển thành cố ngắn mạch nhiều pha chỗ có vấn đề cách điện ĐZ Tuy nhiên lưới xảy chạm đất người ta cho phép vận hành bảo vệ phải báo tín hiệu để nhân viên vận hành tìm biện pháp khắc phục Vì dòng chạm đất mạng có trung tính cách đất nối đất qua cuộn dập hồ quang có giá trị nhỏ nên đòi hỏi bảo vệ dòng thứ tự có độ nhạy cao 20/30 Bảo vệ quá dòng Trong hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất, xảy chạm đất pha ngắn mạch pha, dòng thứ tự không (TTK) phần lớn đến từ điểm trung tính hai trạm hai đầu ĐZ, từ trạm khác bé Điều cho phép đảm bảo phối hợp tốt theo dòng bảo vệ TTK Các bảo vệ trường hợp thường phối hợp theo nguyên tắc phân cấp bảo vệ dòng pha Trong rơle số tồn ba dạng sơ đồ sử dụng biến dòng bảo vệ dòng chống cố chạm đất Đó biến dòng pha mắc theo sơ đồ tổng ba pha, biến dòng TTK cho bảo vệ chống dòng chạm đất lớn biến dòng TTK có độ nhạy cao Sơ đồ thứ thường dùng cho lưới có trung tính nối đất trực tiếp hay qua tổng trở thấp, dòng chạm đất qua pha có giá trị lớn nên gọi bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng chậm đất lớn Khi rơle thường nối với tổng dòng pha từ ba biến dòng riêng biệt nên có độ xác thấp Bảo vệ dùng biến dòng TTK thường sử dụng cho trường hợp có cố chạm đất, đặc biệt sử dụng lưới có dòng chạm đất bé (lưới có trung tính cách đất nối đất qua cuộn dập hồ quang) Biến dòng TTK độ nhạy cao phát dòng chạm đất thường có giá trị danh định nhỏ nhiều so với biến dòng TTK cho bảo vệ có dòng chạm đất lớn nối với rơle số theo đầu vào riêng biệt Trong rơle số biến dòng người ta sử dụng thêm biến điện áp với sơ đồ khác Sơ đồ biến điện áp kiểu Y0-Y0 thường để xác định chiều công suất dòng ngắn mạch dùng bảo vệ có hướng Còn sơ đồ tam giác hở để xác định điện áp TTK, thường làm việc kết hợp với chức dòng chạm đất độ nhạy cao lưới có trung tính cách đất nối đất qua tổng trở dòng TTK (I0) chạy từ điểm trung tính nối đất MBA phía nguồn tới điểm có cố chạm đất Giá trị dòng chạm đất xác định theo biểu thức: I0 = E Z0 + Z1 + Z2 (4-33) • với: Z0, Z1, Z2: tương ứng tổng trở TTK, thứ tự thuận (TTT) thứ tự nghịch (TTN) nhìn từ điểm cố Vì dòng TTK qua cuộn tam giác MBA nên việc phối hợp bảo vệ theo dòng TTK đơn giản nhiều so với dòng pha Nếu chọn dòng điện khởi động không xác bảo vệ dòng TTK tác động nhầm sử dụng sơ đồ mắc song song biến dòng pha không đồng chúng, cắt nhầm mạch biến dòng bị đứt 21/30 Bảo vệ quá dòng Ở Việt Nam, trước lưới có trung tính cách đất thường lưới phân phối trung áp nhỏ 35 kV với việc đưa lưới 22 kV có trung tính nối đất trực tiếp vào vận hành làm cho loại bảo vệ chống chạm đất lưới đa dạng Tuy nhiên rơle số chức bảo vệ tích hợp sẵn nên không gây khó khăn cho việc sử dụng Trong sơ đồ bảo vệ ĐZ cao áp từ 110 kV trở lên dùng rơle điện rơle tĩnh Liên Xô cũ, người ta hay sử dụng bảo vệ dòng TTK bốn cấp với đặc tuyến thời gian độc lập bảo vệ • Trong đó: Cấp I cấp ngưỡng cao cắt nhanh, xác định theo điều kiện chạm đất cuối ĐZ hay chế độ không toàn pha máy cắt ĐZ bảo vệ Cấp II III cấp ngưỡng cao có thời gian, xác định theo điều kiện phối hợp với cấp ĐZ lân cận, theo dòng chạm đất sau MBA theo chế độ không toàn pha máy cắt đz lân cận điều kiện bất thường khác dao động điện, không đồng Cấp IV cấp ngưỡng thấp có thời gian xác định theo điều kiện dòng không cân dây trung tính BI có ngắn mạch ba pha sau MBA hay cấp điện áp thấp MBA tự ngẫu Việc sử dụng nhiều cấp bảo vệ TTK theo trường phái Liên Xô cũ xuất phát từ thực tế sơ đồ bảo vệ kiểu đặc tuyến phụ thuộc với thời gian tác động khác cho dòng chạm đất khác Do vậy, kiểu bốn cấp cho đặc tuyến dạng bậc thang có chất lượng bảo vệ tốt so với loại hai cấp đặc tuyến độc lập, không đạt chất lượng loại bảo vệ dòng TTK với đặc tuyến phụ thuộc Mặt khác, bảo vệ ĐZ rơle số thường có kèm theo chức phát cố chạm đất nên bảo vệ dòng TTK bốn cấp đóng vai trò bảo vệ dự phòng thay bảo vệ dòng TTK hai ngưỡng Chức dòng chạm đất rơle số thường có hai ngưỡng ngưỡng cao ngưỡng thấp Ngưỡng cao cắt nhanh thường xác định tương tự rơle cổ điển Để giảm thiểu xác xuất cắt nhầm cực máy cắt không đồng thời, người ta thường giới hạn thời gian tác động cấp cắt nhanh khoảng hai chu kỳ tần số công nghiệp máy cắt pha Còn cấp ngưỡng thấp có dạng đặc tuyến độc lập hay phụ thuộc, nên sử dụng loại đặc tuyến thứ hai để tăng khả bảo vệ Khi sử dụng chức dòng chống chạm đất rơle số, ta cần phải phân biệt hai loại bảo vệ với giá trị đặt xác định xuất phát từ sở lập luận khác Bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất lớn thường hiệu chỉnh theo dòng không cân cực đại dòng thứ tự không qua chỗ đặt bảo vệ 22/30 Bảo vệ quá dòng Còn bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất bé thường xác định theo dòng điện dung Sau xét loại bảo vệ Bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất lớn: Đặc tuyến độc lập hai cấp: Các rơle dòng số có ứng dụng đa nên thường tích hợp hai cấp bảo vệ ngưỡng cao ngưỡng thấp Điều thấy rõ loại rơle Châu âu sản xuất Trong chế độ tải bình thường có ngắn mạch ngoài, dòng tổng ba pha thứ cấp ( IΣT = Ia + Ib + Ic) chạy qua rơle thường chứa thành phần TTK dòng không cân đặc trưng không đồng biến dòng pha tải bất đối xứng: (IA + IB + IC) − (IμA + IμB + IμC) nI IΣT = = 3.I0 nI − IKCBT (4-34) • Trong đó: IA,IB,IC: dòng điện ba pha sơ cấp chạy qua đối tượng bảo vệ nI: tỉ số biến đổi biến dòng BI IKCBT: dòng điện không cân thứ cấp, phụ thuộc vào thành phần sóng hài có dòng ngắn mạch, không đồng sai số BI Dòng không cân thứ xác định theo công thức sau: IKCBT = nI Kân.KKCK.fi.INngoàimax (4-35) KKCK gọi hệ số không chu kỳ fi: hệ số sai số (mức độ từ hoá) biến dòng (fi = 0,05 ÷ 0,1) Kđn: hệ số đồng biến dòng Kđn (Kđn = 0,5 ÷ 1) INngoàimax: thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch lớn Giá trị đặt bảo vệ ngưỡng thấp (I0>) chọn theo điều kiện sau: I0> = Khc.(3.I0 - k.fi.I1) (4-36) 23/30 Bảo vệ quá dòng • Trong đó: Khc: hệ số hiệu chỉnh, Khc = (1,5 ÷ 2) k: hệ số cài đặt rơle số để tính đến thành phần sai số cực đại dòng thứ tự thuận I1 qua rơle chế độ tải bất đối xứng Dòng điện đặt thứ cấp bảo vệ cần phải chọn lớn dòng IKCBT nói không tác động dòng làm việc lớn chạy ĐZ tải bất đối xứng, nghĩa là: phải tác động có chạm đất cuối ĐZ liền kề với độ nhạy vừa đủ (bằng 1,12 rơle số) để đảm bảo việc dự phòng xa Ví dụ rơle đặt góp (TG) A phải tác động có chạm đất pha TG C (hình 4.16), tức giá trị dòng điện khởi động phải thoả mãn điều kiện: 3.I0C I0 > A ≥ 1,15 ⇒ I0 > A ≤ 3.I0C 1,15 (4-37) Phân cấp thời gian tác động bảo vệ dòng pha dòng TTK (Hình 4.16) Giá trị dòng điện đặt cấp ngưỡng thấp chọn theo giá trị lớn thoả mãn điều kiện thường lấy khoảng (0,2 ÷ 0,8) dòng danh định biến dòng Thời gian tác động tđặt cấp bảo vệ phối hợp bảo vệ dòng pha Tuy nhiên nói phần đầu, bảo vệ TTK thường xét MBA có cuộn tam giác cuộn không nối đất, nên bảo vệ dòng TTK cấp ngưỡng thấp trước MBA (ở trạm C hình 4.16) đặt loại cắt nhanh Do bảo vệ TTK với đặc tuyến độc lập thường có thời gian tác động nhỏ so với bảo vệ dòng pha đặt trạm, điều không MBA tự ngẫu 24/30 Bảo vệ quá dòng Giá trị đặt dòng ngưỡng cao (I0>>) chọn theo điều kiện sau: Theo điều kiện dòng TTK cực đại có chạm đất vùng bảo vệ: I0>> = Khc.3.I0ngoài max (4-38) Hệ số hiệu chỉnh Khc cho (1,15 ÷ 1,2) rơle số Theo điều kiện không toàn pha (KTP) tạm thời máy cắt đóng mạch không đồng nhịp hay trình tự TĐL pha bảo vệ ĐZ xét: I0>> = Khc.3.I0KTP (4-39) Với I0KTP dòng TTK cực đại qua bảo vệ chế độ không toàn pha Giá trị dòng ngưỡng cao chọn theo giá trị lớn từ hai điều kiện Thời gian cắt nhanh bảo vệ ngưỡng cao thường chọn 0,05 sec Bảo vệ dòng chạm đất ba hay bốn cấp: Trong số loại rơle theo trường phái Mỹ, đặc biệt loại rơle bảo vệ tổng hợp ĐZ SEL-321 (SEL) hay ALPS (GE Multilin), chức bảo vệ dòng TTK với đặc tuyến độc lập bảo vệ dự phòng có tới ba hay bốn cấp có hướng Tuy nhiên khác với rơle Liên Xô, chúng tích hợp thêm đặc tính phụ thuộc Điều cho phép rơle bảo vệ ĐZ với thời gian tác động khác tuỳ theo cấu hình lưới vị trí cố mà loại bảo vệ hai cấp với thời gian độc lập không thực Các cấp I IV thường chọn giống cấp ngưỡng cao thấp đề cập Sau xét kỹ cấp II III loại bảo vệ dòng ngưỡng cao tác động có thời gian giới hạn với dạng đặc tuyến độc lập Cấp II: dòng khởi động cấp II trạm B (hình 4.17) chọn theo điều kiện sau: Suy từ dòng tổng ba pha qua bảo vệ có chạm đất sau MBA tự ngẫu bảo vệ liền kề phía tải (ở cấp điện áp thấp hơn), tức điểm N1: III0> B = Khc.3.I0N1 (4-40) Ở hệ số Khc lấy 1,15 rơle số Từ điều kiện phối hợp với cấp bảo vệ liền kề: 25/30 Bảo vệ quá dòng III0> B = Khc.3.I0Btt (4-41) • Trong đó: Khc lấy 1,1 I0Btt: dòng TTK tính toán, xác định theo dòng TTK qua rơle B có chạm đất điểm tính toán N2 ĐZ liền kề CD, N2 điểm mà dòng tổng ba pha qua rơle C giá trị dòng điện đặt (hình 4.17) Theo điều kiện hiệu chỉnh từ dòng tổng ba pha chế độ không toàn pha ĐZ liền kề, hay dòng KCB có dao động hay đồng máy phát (trong trường hợp thời gian tác động bảo vệ lớn sec) Cấp III: Được sử dụng cấp II tỏ không đủ độ nhạy (yêu cầu Kn ≈ 1,2) có chạm đất điểm hay chạm đất kép vị trí nhạy cảm cấp III, chọn giống cấp II, có điều kiện tính toán theo dòng KCB dây trung tính biến dòng có ngắn mạch ba pha sau MBA thường MBA tự ngẫu nối vào TG trạm hai đầu ĐZ bảo vệ Các cách tính vùng II bảo vệ dòng TTK cấp (Hình 4.17) Thời gian tác động bảo vệ phối hợp giống bảo vệ dòng pha thông thường 26/30 Bảo vệ quá dòng Đặc tuyến phụ thuộc: Phương pháp phối hợp bảo vệ dòng TTK theo đặc tuyến thời gian phụ thuộc tương tự bảo vệ dòng pha Tuy nhiên cần ý bảo vệ dòng TTK có số loại đặc tuyến phụ thuộc có cho bảo vệ chạm đất đặc tuyến thời gian tác động lâu, đặc tuyến kiểu RI Bảo vệ dòng thứ tự không cho lưới có dòng chạm đất bé: Các dòng đặt bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất bé thường có giá trị nhỏ chúng không chịu ảnh hưởng dòng điện tải mà chịu tác động dòng điện dung Để hiểu rõ chất dòng chạm đất liên quan đến dòng điện dung, sau xem xét chế độ cố hệ thống điện có trung tính cách đất chạm đất điểm Các dòng dung kháng lưới trung tính cách đất (a) véctơ dòng áp (b) điều kiện bình thường (Hình 4.18) Trong lưới điện xoay chiều với chế độ làm việc bình thường, pha dòng tải có dòng điện dung xác định điện dung đất phân bố theo dọc chiều dài ĐZ Nếu dòng tải, điện áp tất điểm lưới coi dòng dung kháng nhỏ sụt áp chúng gây bỏ qua Khi điện áp pha so với đất tương ứng điện áp pha UA, UB, UC điện dung phân tán pha thay điện dung tập trung CA= CB= CC = C (hình 4.18a) Các véctơ dòng IA, IB, IC áp có dạng đối xứng hình 4.18b Như vậy, tổng véctơ dòng áp không dòng chạy qua đất Khi có pha chạm đất, điện áp pha so với đất thay đổi Ví dụ pha A chạm đất trực tiếp, điện áp UA giảm xuống 0, điện áp hai pha tăng lên tới điện áp dây UBA UCA Vì điện áp dây không thay đổi nên điện áp pha B, C so với đất tăng lên √3 lần, điện áp điểm trung tính N hệ thống so với đất - UA 27/30 Bảo vệ quá dòng Dòng chạm đất điểm cố bằng: (hình 4.19) (1) (1) (1) ID = − (IB + IC ) = 3.ω.C.Upha (4-42) Khi tính toán dòng người ta thường xét đến điện dung (C) lưới theo điện dung đơn vị c (μF/km) loại dây dẫn, công thức (4-42) viết thành: (1) ID = 3.ω.c.l.Upha.10 − = a.l (4-43) • Trong đó: l: tổng chiều dài lưới điện nối với trực tiếp không qua MBA (lưới có cấp điện áp) a=3ωCUpha10-6 điện dung đơn vị c phụ thuộc vào loại dây dẫn không hay cáp ngầm thường dao động khoảng rộng Tuy nhiên, tính toán sơ lấy giá trị trung bình Nếu thay ω = 2.Π.50 rad/sec vào (4-43) tính gần đúng: (1) Đối với ĐZ không: ID = (1) Đối với ĐZ cáp: ID = U.l 10 U.l 350 (A) (4-44) (A) (4-45) • Với U điện áp dây lưới xét Các dòng dung kháng lưới trung tính cách đất (a) véctơ dòng áp (b) điều kiện bình thường (Hình 4.18) 28/30 Bảo vệ quá dòng Khi tính dòng dung kháng để chỉnh định giá trị đặt cho rơle cần phải ý dòng dung kháng ĐZ bảo vệ chạy quẩn bên phạm vi ĐZ mà không qua chỗ đặt rơle (hình 4.20) Do công thức (4-43), (4-44), (4-45), giá trị tổng độ dài đường dây l không tính đến chiều dài ĐZ bảo vệ Điều có nghĩa là, xuất tuyến MBA hay máy phát có ĐZ không phép đặt bảo vệ dòng TTK có độ nhạy cao Để tính toán giá trị chỉnh định cho bảo vệ TTK ví dụ đường dây AB (hình 4.17), ta xuất phát từ dòng dung kháng tổng cực tiểu IC ĐZ bên nối vào trạm đặt rơle có chạm đất điểm N1 theo công thức: 0> = ICmin Khc = a.( l∑ − l ) AB Khc (4-46) I • Trong đó: khc = (1,2 ÷ 1,5) lΣ: độ dài tổng lưới nối với trực tiếp không qua MBA cung cấp cho TG trạm cấu hình ngắn lưới Ngoài ra, rơle loại vô hướng không phép tác động có chạm đất ĐZ bảo vệ (điểm N2), tức có dòng dung kháng từ hướng ĐZ bảo vệ chạy qua rơle theo chiều ngược lại Vì giá trị đặt rơle phải thoả mãn điều kiện: I0> = Kat.a.lAB (4-47) • với Kat = (2 ÷ 2,5) 29/30 Bảo vệ quá dòng Các dòng dung kháng lưới trung tính cách đất (a) véctơ dòng áp (b) có cố chạm đất (Hình 4.19) Nếu xuất tuyến, độ dài lAB phải coi tổng đoạn ĐZ cấp điện áp phía tải so với điểm đặt rơle, Kat chọn nhỏ từ (1,5 ÷ 2) Tuy nhiên, rơle loại có hướng kiểm tra điều kiện (4-47) 30/30 [...].. .Bảo vệ quá dòng • Trong đó: IANngoàimax: giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B do nguồn HT1 cung cấp IBNngoàimax: giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch 3... tính chọn lọc tuyệt đối nghĩa là nó chỉ tác động khi xảy ra ngắn mạch trong vùng mà nó bảo vệ nên khi tính toán giá trị dòng điện khởi động, trong biểu thức không có mặt của hệ số trở về Ktv 11/30 Bảo vệ quá dòng Về lý thuyết, thời gian tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể bằng 0 sec Tuy nhiên trên thực tế để ngăn chặn bảo vệ có thể làm việc sai khi có sét đánh vào ĐZ gây ngắn mạch tạm thời... thông thường (khi đó người ta gọi chức năng cắt nhanh là ngưỡng cao còn chức năng quá dòng thông thường là ngưỡng thấp) nên có thể phối hợp hai chức năng này để bảo vệ cho ĐZ như hình 4.11b 12/30 Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng cắt nhanh cho sơ đồ hợp bộ ĐZ-MBA (a) và kết hợp với chức năng bảo vệ quá dòng thông thường theo thời gian phụ thuộc (b) trong rơle số (Hình 4.11) Trên thực tế bảo vệ quá dòng... pha trên thanh góp A Khi đó chức năng quá dòng cắt nhanh sẽ không bảo vệ được ĐZ Như vậy khi sử dụng cấp cắt nhanh cần kiểm tra điều kiện (4-19), nếu không thoả mãn điều kiện trên thì chỉ 13/30 Bảo vệ quá dòng nên đặt cấp quá dòng ngưỡng thấp (quá dòng thông thường) với đặc tính thời gian phụ thuộc Việc áp dụng các công thức trên còn phụ thuộc vào ĐZ được cung cấp từ một hay hai nguồn và bảo vệ... giảm 27 không tác động, bảo vệ sẽ không tác động Như vậy khi dùng bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp, dòng điện khởi động cho bảo vệ được xác định theo công thức: IKĐB = Kat.Ilvmax Ktv (4-22) 14/30 Bảo vệ quá dòng • rõ ràng khi đó độ nhạy của bảo vệ đã tăng lên do trong biểu thức IKĐB không còn hệ số Kmm Điện áp khởi động của bộ khoá điện áp thấp UKĐR< chọn theo điều kiện: UNmax nU Iđặt 3 > Iđặt 5 Iđặt 6 > Iđặt 4 > Iđặt 2 (4-30) 18/30 Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng có hướng cho mạng điện vòng một nguồn cung cấp (Hình 4.14) Khi ngắn mạch xảy ra gần thanh góp nguồn thì có thể xảy ra hiện tượng khởi động không đồng thời, hiện tượng này sẽ... tia một nguồn cung cấp, lúc đó sự phân bố công suất trong mạng sẽ khác và bảo vệ có thể tác động nhầm Bảo vệ quá dòng có hướng cho ĐZ kép và phối hợp thời gian cho các bảo vệ (Hình 4.15) 19/30 Bảo vệ quá dòng Đường dây song song: Khi các bảo vệ được trang bị bộ phận định hướng công suất với chiều tác động ứng với luồng công suất đi từ thanh góp vào ĐZ thì không cần phối hợp thời gian tác động giữa