Chương 7 bảo vệ so lệch n

Do đó, nếu tất cả thứcấp của MBI các nhánh của đối tượng BV được ghép song song với nhau với một rơle dòng điệnthì sẽ không có dòng điện chạy trong rơle trừ khi có NM bên trong đối tượng

Đối tượng bảo vệ

NIII

BẢO VỆ SO LỆCH

7.1 NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN

Theo định luật Kirchoff, tổng vectơ của tất cả dòng điện ra vào các nhánh của đối tượng

BV bằng không, ngoại trừ trường hợp có NM bên trong đối tượng BV này Do đó, nếu tất cả thứcấp của MBI các nhánh của đối tượng BV được ghép song song với nhau với một rơle dòng điệnthì sẽ không có dòng điện chạy trong rơle trừ khi có NM bên trong đối tượng BV

Bảo vệ dựa vào nguyên tắc trên gọi là bảo vệ so lệch (BVSL) dọc (H.7.1), có tính chọnlọc tuyệt đối, phân biệt được NM trong và ngoài đối tượng BV và như thế cho phép cắt sự cố củaphần tử được BV nhanh chóng Nói cách khác, BVSL làm việc dựa trên sự so sánh trực tiếp cácdòng điện trên các nhánh của đối tượng BV Đối với đường dây làm việc song song, người ta dùng

so lệch ngang so sánh dòng chạy trên các nhánh song song Để thực hiện BVSL dọc người ta cóthể dùng loại sơ đồ dòng tuần hoàn hay sơ đồ cân bằng áp

Hình 7.1 Nguyên tắc cơ bản của bảo vệ so lệch dọc

7.1.1 Sơ đồ dòng tuần hoàn

Để dễ hiểu ta quan sát ví dụï đối tượng BV có hai nhánh (đường dây, MF ) (H.7.2)

Hình 7.2 Sơ đồ so lệch dòng tuần hoàn

Các cuộn thứ cấp được nối song song sao cho khi NM ngoài, sđđ thứ cấp các MBI trongmạch vòng hướng nối tiếp nhau và dòng trong dây nối có cùng hướng (nếu đặt các BI cùng mộtquy ước cực tính thì các đầu cực thứ cấp BI gần đối tượng BV ghép nối chung với nhau và các đầucực kia ghép nối chung với nhau) Rơle so lệch cũng nối song song với cuộn thứ BI Dòng vào rơle

1

Đối tượng bảo vệ

Khi NM trong vùng BV (H.7.2b) các dòng sơ cấp I I và I II đều có hướng từ thanh góp của trạm tới chỗ NM

Dòng trong rơle

&ITI &ITII

trong đó: I R - làm BV tác động

I N - dòng NM tổng tại chỗ NM

Trên hình 7.3, đồ thị vectơ đơn giảncủa dòng điện thứ cấp của MBI và dòng điện

đi vào rơle trong sơ đồ BVSL ở tình trạng làm

việc bình thường hoặc NM ngoài (a) và khi NM

Các cuộn thứ cấp của BI được nối sao cho khi NM ngoài và làm việc bình thường, sđđ của chúng ngược chiều nhau trong mạch Rơle được mắc nối tiếp trong mạch dây dẫn phụ

- Khi NM ngoài, cũng như khi có dòng phụ tải chạy qua các sđđ E&

- Khi NM trong toàn vùng BV (H.7.4b), các sđđ E&

T I

trong rơle làm BV tác động

và E&

TII

cộng nhau và tạo nên dòng

Hiện nay BVSL với dòng tuần hoàn, được dùng phổ biến, sau đây ta chỉ xét loại này

7.2 DÒNG KHÔNG CÂN BẰNG TRONG BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN

Khi khảo sát nguyên tắc tác động của BVSL, chúng ta giả thiết một trường hợp lý tưởngrằng trong trường hợp bình thường và NM ngoài không có dòng điện chạy vào rơle Thực tế nhưđã tìm hiểu sự làm việc của BI ở chương 1 thì dòng điện thứ cấp của BI bằng

I& TI =I& SI −

I& Iµ;

I& TII =I& SII −I& IIµ

và dòng trong rơle

I& R =I& TI −I& T

thường khác nhau ngay cả trong trường hợp các BI giống nhau

Ngoài dòng điện từ hóa ra, dòng không cân bằng còn chịu ảnh hưởng của điện trở của cácdây dẫn phụ trong các nhánh của mạch BV Neuá dùng các BI có tỷ số biến đổi không giống nhau

(cho các phần tử như MBA 2, 3 dây quấn, tự ngẫu, thanh góp ) thì dòng không cân bằng sẽ tăng lênnhiều vì khi ấy dòng từ hóa khác nhau nhiều

Đặc biệt dòng I& k

cb

sẽ đạt những giá trị rất lớn khi có NM ngoài, khi ấy các mạch từ của

BI bão hòa với mức độ khác nhau và ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng NM lên dòng thứ cấp của các MBI cũng khác nhau

Từ hình 1.8 cho dạng của thành phần không chu kỳ & (tỷ lệ với dòng I& kcb ) và hình

1.9dòng thứ cấp BI khi NM chúng ta có thể rút ra kết luận sau cho dòng I& kcb :

- I&k

cb trong tình trạng quá độ có thể vượt quá giá trị ổn định của nó gấp nhiều lần và có thểlớn hơn cả dòng điện làm việc cực đại

- I& kcb có giá trị lớn nhất không phải ở thời điểm đầu của NM mà hơi chậm hơn

- Có giá trị ổn định của

7.3 DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN

Để BVSL có thể làm việc đúng, phải chỉnh định dòng khởi động của nó lớn hơn dòng điện không cân bằng tính toán lớn nhất khi NM ngoài vùng BV:

I kđ ≥ K at I kcbtt max

với

I& kcbtt max là dòng không cân bằng tính toán cực đại

I& kcbtt max = f i max k đn k kck I ngoài max trong đó: f i max - sai số cực đại cho phép của BI trong tình trạng ổn định

f i max = 10% = 0,1

k dn - hệ số đồng nhất của các BI; k dn = 0 ÷ 1

k đn = 0 - khi các BI hoàn toàn giống nhau

k đn = 1 - khi các BI khác nhau hoàn toàn

k kck - hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng NM

I ngoài max - thành phần chu kỳ của dòng NM lớn nhất

Yêu cầu về độ nhạy của BVSL

đảm bảo và độ nhạy của BV với mức độ phức tạp và hiệu quả khác nhau Các phương pháp thường gặp là:

- Cho BV làm việc chậm khoảng 0,3 ÷ 0,5s Để các giá trị quá độ của I kcb kịp tắt đến trị số bé.Phương pháp này hiện nay ít dùng vì nó làm cho BV mất tính tác động nhanh

- Nối tiếp các rơle một điện trở tác dụng phụ, khi điện trở trong mạch so lệch tăng, dòng điệnkhông cân bằng cũng như dòng NM thứ cấp giamû xuống, tuy nhiên mức độ giảm của dòngkhông cân bằng nhiều hơn vì trong dòng điện không cân bằng thành phần không chu kỳ nhiều hơn trong dòng di chuyển mạch

- Nối rơle qua các biến dòng bão hòa trung gian

- Dùng rơle có tác động hãm

- Dùng rơle có hãm hoặc khóa bằng họa tần bậc cao của dòng điện

Phương pháp dùng MBI bão hòa trung gian và dùng rơle có tác động hãm là hai phươngpháp thông dụng nhất Sau đây, ta sẽ tìm hieuå hai phương pháp này

7.4.1 Nối các rơle qua máy biến dòng bão hòa trung gian

Máy biến dòng bão hòa trung gian là MBI có độ bão hòa từ rất sớm Như ta đã biết, trongdòng NM có hai thành phần là chu kỳ và không chu kỳ (H.1.7) Thành phần chu kỳ đối xứng quatrục thời gian Còn thành phần không chu kỳ lệch hẳn về một phía Thành phần không chu kỳ sẽrơi vào vùng bão hòa của đường cong từ hóa nên sẽ gây ra một độ thay đổi tự cảm bé hay nói cáchkhác sđđ thứ cấp của thành phần này bé Trong khi đó thành phần chu kỳ nằm trong vùng tuyếntính của đường cong từ hóa nên có độ từ cảm lớn và sđđ của thành phần này lớn, nghĩa là chuyểntốt sang phía thứ cấp MBI bão hòa trung gian chính là bộ phận lọc thành phần không chu kỳ củadòng NM Người ta có thể dùng MBI bão hòa thường hình 7.5b hay bão hòa mạnh hình 7.5c

Hình 7.5 Sơ đồ nối rơle qua MBI bão hòa trung gian (a),

MBI bão hòa loại thường (b) và loại tác động mạnh (c)

7.4.2 Dùng rơle so lệch tác động hãm

Rơle so lệch tác động hãm có dòng điện

khởi động thay đổi khi dòng điện trong các nhánh

của mạch BV thay đổi Bộ phận so sánh của rơle

Isẽ so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng

Đối với BV có hai đầu ra (MBA hai cuộn

- Đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu của hai vectơ

dòng điện hay tổng số học của hai dòng điện

so lệch dùng rơle có tác động hãm

- Trường hợp rơle dùng đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu vectơ hai dòng (H.7.6)

I h =

I&

h

= k I& TI − I& TII

với k là hằng số tỷ lệ thường chọn k = 1/2.

Rơle sẽ tác động khi I lv > I h

Ta có thể dùng đồ thị vectơ để cắt nghĩa các tình trạng làm việc của sơ đồ trong trường hợp NM ngoài (H.7.7a) và NM trong (H.7.7b)

I

hãm lớn hơn dòng làm việc, rơle

không tác động hình 7.7a

Khi NM trong vùng BV,

các vectơ I TI và I TII có phương gần

trùng

ITI

I lv = (I TI -ITII

δ I h = ½ (I TI - I TII )

-ITIITrường hợp rơle so lệch dùng

đại lượng hãm là tổng số học hai dòng

thì với các trường hợp NM khác nhau

ITII

sự làm việc của rơle như sau:

Khi NM ngoài vùng

BV

Hình 7.7 Đồ thị vectơ của dòng điện trong mạch rơle a- Khi ngắn mạch ngoài; b- Khi

ngắn mạch trong

δ- góc lệch pha giữa I TI và I TII do sao số

của BI ( I&

; I h > I lv - rơle không tác động

Khi NM bên trong đối tượng BV có nguồn cung cấp từ hai phía

Đại lượng làm việc và đại lượng hãm bằng nhau và bằng tổng dòng điện NM

Khi NM bên trong nguồn cung cấp từ một phía Lúc đó

Với k = 1 ta nhận thấy I lv = I h khi NM bên

thẳng có độ dốc là 1 Theo nguyên tắc này, để rơle

làm việc có một độ nhạy nhất định, người ta chọn

4

hằng số K khác nhau để thay đổi đặc tính hãm Hình a Đặc tính NM

c Vùng tác động

b

Vùng không tác động

7.8 cho ta đặc tính làm việc của rơle so lệch có đặc

BVSL do ảnh hưởng của sai số BI (dòng từ hóa)

Nhánh b: kể đến ảnh hưởng sai số từ tỷ số BI, sơ đồ đấu dây BI, các đấu phân áp Nhánh c: ảnh hưởng hãm lớn nhất khi kể đến bão hòa BI



2 Ikđ không Ih

Trong quá trình đối tượng BV làm việc dòng điện I lv được so sánh với dòng hãm I h, nếuđiểm làm việc nằm trong vùng tác động (NM xảy ra trong đối tượng BV) thì rơle sẽ cho tín hiệu đitác động mở MC

Trong trường hợp đối tượng BV là phần tử có hơn hai nhánh (như MBA ba cuộn dây, tự

ngẫu, thanh góp ) thì đại lượng làm việc là tổng vectơ của các dòng trong các nhánh riêng biệt,còn đại lượng hãm là tổng số học của các dòng của các nhánh

trong đó: n - số nhánh; k - hằng số tỷ lệ.

Tổng quát phương trình khởi động của rơle so lệch có tác động hãm được viết dưới dạng

I kđ = I kđ min + k h I h

I kđ min - dòng khởi động cực tiểu (I h = 0); k h - hệ số hãm

Hình 7.9a biểu diễn phương trình khởi động của rơle có hãm bằng đặc tuyến 1 và không hãm đặc tuyến 2

Ta thấy dòng khởi động I kd tự động thay đổi khi dòng điện I h thay đổi Người ta biểu diễn tác động hãm bằng hệ số hãm

Hình 7.9 Đặc tuyến khởi động của rơle so lệch có tác động hãm

Từ đồ thị hình 7.9a ta có thể so sánh đặc tính của rơle loại có tác động hãm (đường 1)

BV vùng rơle có tác động hãm sẽ có I kd bé hơn I kd của BV không có tác động hãm, nghĩa là độnhạy của nó sẽ cao hơn Ta đã biết độ nhạy của BVSL không có tác động hãm đặc trưng bằng hệ số

thuộc vào dòng NM Vì thế đối với các rơle có tác động hãm dùng phương pháp đồ thị tính toán

hình 7.10 để xác định độ nhạy của BV, đường cong 1 là đặc tuyến khởi động của rơle cho bởi nhà

sản xuất I kdtt - dòng khởi động tính toán được xác định tung độ giao điểm K của đường cong 1 và đường thẳng 2 đi qua gốc O và điểm A có tọa độ (tính toán NM nhỏ nhất trong vùng BV).

2

IA

Ik

Hình 7.10 Đồ thị xác định độ

nhạy của bảo vệ so lệch có

tác dụng hãm

Hình 7.11 Nguyên lý

bảo ve so lệch thứ tự không

I VA = I Nmin , I hA được tính tương ứng với I Nmin khi r hq = 0

Hệ số nhạy được xác định

có trị số bằng nhưng ngược pha với dòng qua trung tính

I& N Các đại lượng làm việc và hãm như sau

I lv =| I& N |Đại lượng hãm I h = k (I& N −I& o − I& N +I& o )

với: I&

N

- là dòng trung tính

I& o ≈ I& A +I& B +I& C ; k - hằng số tỷ lệ.

chạm đất bên

ngoài, I& o ngược pha với I& N

k =

Rơle so lệch thứ tự không

IB

IC

Io IN

Giả thiết chọn k = 1, lúc đó I lv =

110 3

o

100 4 4

o

90 3

Vùng không tác động

2

1

Vùng tác động

Khi chạm đất trong, chỉ có thành phần qua trung tính:

I& o = 0; I lv

N

; I h = I& N − 0 − I& N + 0 = 0Khi chạm đất bên trong:

Từ phân tích trên ta thấy rằng, khi chạm đất bên trong thành phần hãm không xuất hiện, vì

lúc đó i h bằng không hoặc âm Như thế chỉ cần dòng chạm đất nhỏ trong vùng BV rơle, sẽ cho tínhiệu tác động Ngược lại, khi chạm đất bên ngoài tác dụng hãm rất mạnh, BV chống chạm đấtdùng nguyên tắc so lệch thứ tự không có hãm cho độ nhạy cao Hình 7.12 cho đặc tính làm việc

của BV này Nhận thấy rằng, tác động hãm càng lớn tỷ số –I o /I N càng lớn, trong trường hợp MBI

lý tưởng I o /I N = –1

I N /I kđ

I o / IN

-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Hình 7.12 Đặc tuyến làm việc của bảo vệ so lệch thứ

không có hãm I đ : trị số đặt; I o <0 : chạm đất

ngoài

I N

ngắn mạch chạm đất ngoài

Như trên đã nói, khi chạm đất bên ngoài dòng sơ cấp I&

o

và I&

N

ngược pha nhau Dòng

vào rơle qua các MBI bị bão hòa làm các dòng lệch pha nhau sẽ gây ảnh hưởng đến thành phầnhãm Nếu góc lệch pha φ( I& o , I& N ) = ±90 thì tác động hãm bằng không Điều này có thể hiểu

bằng giản đồ vectơ hình 7.13 Đại lượng hãm cũng bị ảnh hưởng bởi hằng số k và góc φlimit (φ giớihạn)

quan hệ với nhau Góc φlimit xác định góc lệch pha giữa I& o và I& N , trị số khởi động tiến đến vô cùng

khi I& o = I& N , nghĩa là không có tác động Tác động hãm lớn nhất khi φlimit = 90 ; k = ∞

Khi –90o < φ < 90o chỉ có đại lượng làm việc xuất hiện, đối với các φ khác, đại lượng làm việc tiến đến vô cùng

Hình 7.14 cho đặc tuyến làm việc của BV phụ thuộc vào góc lệch pha giữa

o

= I& N

Bảng dưới cho ta quan hệ giữa góc đặt giới hạn và hệ số hãm k:

7.5 BẢO VỆ SO LỆCH NGANG

Bảo vệ so lệch dọc là BV thuộc loại đơn giản và tin cậy Bảo vệ không phản ứng theodao động, quá tải và tác động không thời gian khi NM xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong vùng BV.Đối với đường dây tải điện dài, nhược điểm của BV là việc truyền tín hiệu, tổn phí cho dây dẫnphụ cao

Ngoài ra, BV có thể tác động sai khi dây dẫn bị hư hỏng Để BV cho đường dây song song, daiø cóđiện trở dây như nhau, hay MF có hai cuộn dây quấn song song, người ta có thể dùng BVSL ngang Nguyên lý tác động của nó dựa trên sự so sánh trực tiếp dòng điện chạy trên các nhánh song song

Vì điện trở các nhánh làm việc song song bằng nhau nên khi bình thường và khi NM

ngoài, các vectơ dòng điện trên các nhánh bằng nhau, I&I =

I&II

(H.7.15a) Khi NM xảy ra tại một

trong hai nhánh, các dòng này không còn bằng nhau nữa Tại đầu A các dòng II và III trùng pha nhưng biên độ khác nhau, còn tại B các dòng khác cả pha lẫn biên độ (H.7.15b)

a) Khi bình thường và NM ngoài; b) NM trên một đường 15

Như vậy, sự mất cân bằng các dòng trên các nhánh song song về mặt biên độ cũng nhưgóc pha là dấu hiệu phản ánh sự cố trên một trong hai đường dây Có hai loại BVSL ngang: tại cácphần tử có hai nhánh song song, được nối vào một máy cắt chung thì dùng BVSL ngang dòng điện.Tại các đường dây song song có máy cắt riêng ở mỗi đường dây thì dùng BVSL ngang có hướng.

7.5.1 Bảo vệ so lệch ngang dòng điện

Hình 7.17 Vùng chết của

bảo vệ so lệch ngang dòng điện

Khi chỉ có một đầu đường dây có nguồn cung cấp, BV chỉ đặt một phía có nguồn, còn đốivới các đường dây có nguồn cung cấp ở hai đầu thì đặt ở cả hai phía đường dây song song Hình

7.16 giới thiệu sơ đồ BV vẽ cho một pha MBI với cùng hệ số biến đổi n được đặt tại các pha

cùng tên Các cuộn thứ của chúng được đấu với nhau bằng các cực đổi tên, còn cuộn dây của rơlethì đấu song song với chúng

Khi bình thường và NM ngoài (H.7.11a), dòng qua rơle I&

R

= I& TI +I& TII = 0

Bảo vệ không tác động Thực tế I R có dòng không cân bằng I kcb do sai số của BI và do điện

trở các đường dây không hoàn toàn như nhau Để rơle không tác động nhầm cần chọn I Kđ > I kcb

Khi NM xảy ra, ví dụï đường L1 tại điểm N hình 7.11b, ta có I I > I II, do đó trong rơle có

dòng I& R = I& TI + I& TII ≠ 0

Nếu I R > I kđ thì BV tác động cắt máy cắt chung đường dây Dòng I I và I II đi đến điểm NM N theo hai nhánh song song và tỷ lệ nghịch với tổng trở của chúng (H.7.17)

Nếu chuyển dịch điểm N dần tới trạm B thì I I giảm còn dòng trong rơle I& R =