Chương 5 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

Dòng khởi động của bảo vệ Ikd, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bảo vệ mà có thể làm cho bảo vệ khởi động; Dong Khởi động cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần tử được bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng.Dòng khởi động của bảo vệ Ikd, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bảo vệ mà có thể làm cho bảo vệ khởi động; Dong Khởi động cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần tử được bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng.

Chương 5 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

5.1 Nguyên tắc hoạt động

5.2 Bảo vệ quá dòng cực đại

5.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

5.4 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh không chọn lọc

5.5 Bảo vệ dòng điện ba cấp

5.6 Đánh giá

Bảo vệ quá dòng điện

2

• Bảo vệ dòng điện cắt nhanh :50

5.1 Nguyên tắc

5.2.1 Bảo vệ dòng

điện cực đại 5.2.2 Bảo vệ dòng

điện cực đại có kiểm

tra điện áp

5.2 Bảo vệ dòng điện cực đại

4

5.2.1 Bảo vệ dòng điện cực đại

Dòng điện khởi động

Dòng khởi động của bảo vệ Ikd, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bảo

vệ mà có thể làm cho bảo vệ khởi động;

Dong Khởi động cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần tử được bảo

vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng

I’mm >Imm

Dòng điện khởi động

max

at mm sd

lv tv

kdR

BI

I K

I K

Đặc tình thời gian cực dốc

Đặc tính thời gian dài

Thời gian tác động

Đường đặc tính

14

Đường đặc tính

Đường đặc tính

16

Đường đặc tính

Đường đặc tính

18

Độ dốc chuẩn: Đặc tính thời Đặc tính thời gian cực dốc:

gian rất dốc:

Loại này có độ dốc dốc hơn độ dốc chuẩn

Được dùng thay thế đặc tính có

độ dốc chuẩn khi độ dốc chuẩn không đảm bảo tính

chọn lọc

Loại này có độ dốc lớn nhất, thích hợp dùng để bảo vệ máy phát, máy biến áp động lực, máy biến áp nối đất… nhằm chống quá nhiệt

o Nguyên tắc: bảo vệ phía trước có thời gian tác động bằng thời

t = ∆ + t t

0.5s)

o Thời gian tác động và trở về của rơ le

o Thời gian dự trữ

Thời gian tác động

20

Thời gian tác động

Thời gian làm việc t2’ của bảo vệ 2’ tại trạm B được chọn lớn hơn thời gian làm việc lớn nhất của các bảo vệ tại trạm C một bậc Δt Nếu t1’ > t1” thì t2’ = t1’+ Δt Thời gian làm việc t3của bảo vệ 3 ở trạm A cũng tính toán tương tự, ví dụ nếu có

• Phối hợp thời gian phức tạp

B ảo vệ dòng cực đại được áp dụng trong các mạng phân phối hình tia điện áp từ 35KV trở xuống có một nguồn cung cấp nếu thời gian làm việc của nó nằm trong giới hạn cho phép

Khuyết điểm Ứng dụng

5.6 Đánh giá

24

5.2.2 Bảo vệ dòng cực đại có kiểm tra áp

5.2.2 Bảo vệ dòng cực đại có kiểm tra áp

o Để phân biệt giữa NM và quá tải đồng thời nâng cao độ nhạy của

BVDĐ CĐ, người ta dùng sơ đồ BV dòng điện cực đại có kiểm tra

áp

o Khi NM thì dòng điện tăng và điện áp giảm xuống nên cả rơle dòng

điện và rơle điện áp đều khởi động (BV chỉ tác động khi cả rơle dòng điện và rơle điện áp thỏa mãn)

o Dòng khởi động của BV được tính:

o Trong biểu thức không có K mm vì sau khi cắt NM, ngoài các động cơ

tự khởi động nhưng không làm điện áp giảm nhiều nên các rơle không tác động được

o Rõ ràng khi không có Kmm thì độ nhạy sẽ tăng Vì dòng khởi động nhỏ

Giá trị khởi động

o Yêu cầu của rơle giảm áp:

 Rơ le giảm áp không được tác động đối với điện áp làm việc tối thiểu

(khi quá tải nặng nề nhất)

 Rơ le giảm áp phải trở vể trạng thái bình thường sau khi loại bỏ NM

o Điện áp khởi động được chọn sao cho rơ le không khởi động khi điện

áp min và rơ le trở về ngay sau khi cắt NM

min

sd lv kdR

tv at BU

K U U

K K n

=

min

lv kd

tv at

U U

K K

=

K at = 1.2

K tv = 1.25

K sd = 1 nếu BU đấu sao nđ / sao nđ

K sd = nếu BU đấu sao nđ / tam giác

U lvmin = 0.9U dm

Giá trị khởi động

28

3

1.5 1.8

kd nhU

N

U K

kd

I K

I

=

Độ nhạy

o Thời gian tác động

5.2.2 Bảo vệ dòng cực đại có kiểm tra áp

Giống như rơle quá dòng điện cực đại

30

Thời gian tác động

Dòng khởi động

Add Your Text Vùng bảo vệ

5.3.1 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Bảo vệ dòng cắt nhanh (BVCN) là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chổ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ, BVCN thường làm việc không thời

gian hoặc có thời gian rất bé để nâng cao nhạy và mở rộng vùng BV

o Khi có 1 nguồn cung cấp: Dòng điện khởi động BV cắt nhanh

bằng hệ số an toàn nhân với dòng điện ngắn mạch lớn nhất cuối

o Khi có 2 nguồn cung cấp: Dòng điện khởi động BV cắt nhanh 2

phía phải giống nhau và bằng hệ số an toàn nhân với dòng điện ngắn mạch lớn nhất cuối vùng bảo vệ nào lớn nhất

kdI

B A

Dòng khởi động

o Khi có 2 nguồn cung cấp: trường hợp tồn tại vùng không bảo vệ

o Tác động tức thời, gần bằng khơng

Thời gian tác động và vùng bảo vệ

max

35

Thời gian tác động của BVCN là tức thời gồm thời gian làm việc của

phần đo lường và phần lôgic Thời gian tác động BV khoảng 0,02 -0,06s

Đối với các đường dây trên không có đặt chống sét ống để chống quá

điện áp, khi các chống sét này làm việc chúng tạo nên ngắn mạch tạm

thời trên các đường dây trong khoảng 0,5 − 1,5 chu kỳ dòng điện (0,01 −

0,03s) Muốn cho BVCN không

tác động trong trường hợp này có thể thêm phần tử trì hoãn thời gian

t=0,06÷0,08s

5.4 Bảo vệ cắt nhanh không chọn lọc

trường hợp ta muốn bảo vệ hoàn toàn thiết bị thì cần có thêm

I

Dùng nhiều cho mạng hình tia của các cấp điện áp Mạng trung thế 15kV, 22kV là bảo

vệ chính, cấp điện áp cao hơn

nó là bảo vệ dự trữ

Khuyết điểm Ứng dụng

5.6 Đánh giá

38

Để phối hợp giữa bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng điện cắt nhanh cũng như giảm thời gian loại trừ sự cố người ta dùng sơ đồ bảo vệ dòng điện ba cấp

Để phối hợp giữa bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng điện cắt nhanh cũng như giảm thời gian loại trừ sự cố người ta dùng sơ đồ bảo vệ dòng điện ba cấp

39

40

Để phối hợp giữa bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng điện cắt nhanh cũng như giảm thời gian loại trừ sự cố người ta dùng sơ đồ bảo vệ dòng điện ba cấp

Cấp thứ nhất: Gồm các rơle 3 RI, 4RGT, 5Th, là cấp cắt nhanh không thời

gian (t I ≤ 0,1s), chỉ bảo vệ được một phần đường dây Dòng điện khởi động của 3RI chọn tương tự như bảo vệ cắt nhanh, tức là : I I

kđ = kat.INng.max với kat

=1,3÷1,5

Cấp thứ hai: gồm các rơle 6RI, 7RT, 8Th là cấp cắt nhanh có thời gian, và

có thời gian làm việc là t II = tI + ∆t=0,5s÷ 0,6s Dòng điện khởi động của

cấp hai được chọn như sau: I II

kđ = kat.I I

kđB , với kat = 1,1 ÷ 1,15

Cấp thứ ba: gồm các rơle 9RI, 10RT, 11Th là cấp bảo vệ dòng điện cực

đại, có thời gian t III chọn theo nguyên tắc từng cấp t III = t II + ∆ t, dòng điện

I III

kđ =kat.Ilvmax

42

Bảo vệ cắt nhanh cấp I đặt tại vị trí 1:

Dòng khởi động:

Thời gian tác động của cấp I là thời gian làm việc của BV và thời gian

cắt của máy cắt

Đối với đường dây cao áp t I ≤ 0,01s hay có khi 0,01 ÷ 0,02s

43

Bảo vệ cắt nhanh cấp II đặt tại vị trí 1:

Dòng khởi động phối hợp với bảo vệ cấp I của MC 2:

01

.

01

44

Bảo vệ dòng cực đại cấp III đặt tại vị trí 1:

Dòng khởi động:

Thời gian tác động cấp III phải phối hợp với BV dòng cực đại của MC 2

) ( 480 240

* 2

1

) 300

1564 (

95 5 18

0 ( 96 1

) 1

95 5 18

0

(

2 2

45

 Do MC 1 phối hợp với MC 2.Do đó



 Để đảm bảo tính chọn lọc chọn đặc tuyến thời gian-dòng điện tại BV 1 là U2,giá trị đặt

thời gian được tính

) ( 63 1 )

1 )

480

1564 (

95 5 18

0 (

3 1

) 1

95 5 18

0 (

2 2

m

t TD

III

=

− +

=

− +

2

t III = III + ∆ = + =

21

5 300

1564 =

=

m

96 1

3 480

1564 =

=

m

63 1

=

TD

s

t td = 1 3

46

Khi ngắn mạch tại thanh cái A,thời gian tác động của MC1 là:

Khi ngắn mạch tại thanh cái C,thời gian tác động của MC2 là

) ( 64 2 ) 1

) 300

742 (

95 5 18

0 ( 96 1

) 1

95 5 18

0

(

2 2

6 480

3342 =

=

m

63 1

1

) 480

3342 (

95

5 18

0 ( 63 1

) 1

95

5 18

0

(

2 2

=

TD

s

t td = 2 64

Chương 6 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN

Bảo vệ dòng điện có hướng

chọn lọc của bảo vệ sẽ không được đảm bảo

6.1 Nguyên tắc hoạt động

7

6.1 Nguyên tắc hoạt động

Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ phản ứng theo giá trị dòng điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện vượt quá giá trị định trước (dòng khởi động IKĐ) và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ

Trường hợp tổng quát, bảo vệ dòng điện có hướng gồm 3 bộ phận chính: khởi động, định hướng công suất và tạo thời gian Bộ phận định hướng công suất của bảo vệ được cung cấp từ máy biến dòng (BI) và máy biến điện áp (BU) Để bảo vệ tác động đi cắt, tất cả các bộ phận của bảo vệ cần phải tác động

Khảo sát các đồ thị vecto với chiều khác nhau của công suất ngắn mạch đi qua bảo vệ số 2

lúc này dòng qua role IR = IN1 giả thiết

6.2 Phần tử định hướng công suất

thiết ban đầu) góc lệch pha có giá trị

Nối rơle định hướng công suất để nó khởi

động khi nhận được góc ϕ (công suất ngắn

mạch hướng từ thanh góp vào đường dây)

và không khởi động khi nhận được góc ϕ’

(công suất ngắn mạch hướng từ đường dây

vào thanh góp) và như vậy ta đã thực hiện

được bảo vệ có hướng

o Đặt điện áp UR sinh từ thông ΦU

o Cho dòng IR qua cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra từ thông ΦI

Vùng tác động ứng với điều kiện

90

R R

α ϕ ϕ

Rơ le định hướng sông suất có thể làm việc theo dòng và áp toàn phần Hay nó có thể làm việc theo dòng và áp thứ tự

Ta khảo sát sự phân cố công suất của các thành phần thứ tự

Sơ đồ có độ nhạy cao với tất cả các dạng sự cố bất đối xứng

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

17

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

G iả thiết rơle có góc α = 45 o

Đường độ nhạy bằng 0 lệch với điện áp Ubc(3) một

góc 90 0 - 45 0 = 45 0

Góc ϕN(3) giữa Ia(3) và Ua(3) được xác định bằng

tổng trở thứ tự thuận một pha của phần đường

dây trước điểm ngắn mạch N và điện trở quá độ

rqđ ở chỗ hư hỏng

Giá trị ϕN(3) nằm trong phạm vi 0 ≤ ϕN(3) ≤ 90 0

Ta thấy ở các giá trị ϕN(3) bất kỳ trong phạm vi

trên, rơle sẽ làm việc đúng nếu Ubc(3) có giá trị đủ

để rơle làm việc

Khi góc ϕN(3) = 45 0 hướng véctơ dòng điện trùng với đường độ nhạy cực đại và do đó sơ

đồ sẽ làm việc ở điều kiện thuận lợi nhất Khi chọn α = 0 sơ đồ có thể không tác động khi ngắn mạch ở đầu đường dây qua điện trở quá độ rqđ

Ngắn mạch 3 pha đối xứng:

Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng các pha là giống nhau

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Ngắn mạch giữa 2 pha:

Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng

các pha hư hỏng là không giống nhau

Ví dụ NM hai pha BC pha A không làm việc vì

IA=0

Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai

pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle số 2

rqđ; trị số của nó có thể thay đổi trong phạm vi

0 ≤ ϕN(2) ≤ 90 0 Từ đồ thị ta thấy, trị số của điện

áp U2R luôn luôn lớn và rơle (số 2) làm việc

đúng đắn ở giá trị ϕN(2) bất kỳ

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Operation zone

operation zone

Non-Ngắn mạch giữa 2 pha:

Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai

pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle số 3

23

Ngắn mạch một pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp:

Ta khảo sát sự làm việc của rơle nối vào dòng pha hư hỏng (rơle số 1 khi ngắn mạch pha A)

Trong trường hợp này Role pha A làm việc giống như trong NM 3 pha đối xứng

Qua đồ thị ta thấy, rơle nối vào dòng pha hư hỏng luôn luôn làm việc đúng

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Từ những phân tích trên có thể rút ra kết luận như sau đối với sơ đồ 90 0 :

1) Sơ đồ có thể xác định đúng hướng công suất ngắn mạch trong các pha bị hư hỏng đối với tất cả các dạng hư hỏng cơ bản Để được như vậy rơle định hướng công suất cần phải có góc lệch α ≈45 0

2) Vùng chết chỉ có thể xảy ra khi ngắn mạch 3 pha gần chỗ nối bảo vệ (URgần bằng không)

3) Khi N (2) và N (1) , các rơle nối vào dòng pha không hư hỏng có thể làm việc không đúng do tác dụng của dòng phụ tải và dòng hư hỏng trong các pha này

Vì vậy cần phải làm thế nào để sơ đồ vẫn làm việc đúng dù cho có một vài rơle tác động nhầm do dòng các pha không hư hỏng

4) Khi ngắn mạch không đối xứng sau MBA (Y/∆ hoặc ∆/Y) do lệc pha có thể làm bộ phaanuj định hướng tác động sai

6.3 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Tương tự như bảo bảo vệ 50/51

6.4 Thời gian làm việc

Bảo vệ dòng có hướng thường được thực hiện với đặc tính thời gian độc lập, thời gian làm việc của các bảo vệ được xác định theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau

29

Bộ phận định hướng công suất chỉ làm việc khi hướng công suất ngắn mạch

đi từ thanh góp vào đường dây được bảo vệ (quy ước vẽ bằng mũi tên ở bảo vệ) Các bảo vệ được chia thành 2 nhóm : 2, 4, 6, và 5, 3, 1

Mỗi nhóm bảo vệ có thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang không phụ thuộc vào thời gian làm việc của nhóm kia

6.4 Thời gian làm việc

30

Cấp thứ nhất: Bảo vệ cĩ hướng cấp I là bảo vệ cắt nhanh,

thơng thường kèm theo bộ phận định hướng cơng suất

6.5 Bảo vệ dịng cĩ hướng 3 cấp

Rơle định hướng công suất trong BV cắt nhanh có hướng không cho phép

tác động khi công suất NM hướng tới thanh góp

Khi có dao động :

II

kđ = KatIkcbmax

Ikcbmax : dòng không cân bằng

Dòng khởi động:

Ikđ = KatINngmax

31

6.5 Bảo vệ dịng cĩ hướng 3 cấp

Dòng khởi động cấp I

32

6.5 Bảo vệ dòng có hướng 3 cấp

Cấp thứ hai: Bảo vệ có hướng cấp II là bảo vệ cắt nhanh,

thông thường kèm theo bộ phận định hướng công suất

Dòng khởi động cấp 2 tại A được chọn :

III

kđ1 = katkpdTINT

I I k

I I k

mm

k at

k

=kñI

kđ

Cấp thứ ba: Bảo vệ có hướng cấp III là bảo vệ cực đại, kèm

theo bộ phận định hướng công suất

Bảo vệ dòng có hướng thường được thực hiện với đặc tính thời gian độc lập, thời gian làm việc của các bảo vệ được xác định theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau

Chỉ cần xét hướng dòng từ thanh góp vào đường dây để tăng độ nhạy

Phần chiều dài của đường dây được bảo vệ mà khi ngắn mạch trong

đó sẽ xảy ra hiện tượng khởi động không đồng thời được gọi là

vùng khởi động không đồng thời Khởi động không đồng thời các

bảo vệ là hiện tượng không tốt vì làm tăng thời gian loại trừ hư hỏng ở các mạng vòng

Khi nào không cần đặt phần tử định hướng công suất ?

phần tử định hướng ( Bảo vệ 3,4 có t3=t4 nên không cần đặt bảo vệ RW)

6.5 Một số lưu ý

Đường dây có 2 nguồn 2 phía

Đường dây có 2 nguồn 2 phía

39

Dòng lv ngược ( ra khỏi thanh góp A)

Dòng lv thuận (vào thanh góp A)

Dòng NM khi tại B, IN2 Dòng NM khi tại C I N3

Dòng NM khi tại A IN1

6.5 Một số lưu ý

1max 0.25 2 min ; 1max 0.25 3min

Theo thực tế cần bộ phận định hướng tai 1 nếu thoả nãm các điều kiện

sau:

Nếu dòng Ilvmaxnguoc > Ilvmax thuan , dùng bộ định hướng công suất sẽ cho

phép chon dòng với độ nhay cao hơn

Phân tích mạng vòng

Xét bảo vệ 2 và 9 cần chỉnh định cắt nhanh không có bộ phận thời gian

Xét bảo vệ 1 và 10 không cần đặt RW vì khi ngắn mạch trên thanh cái A không có dong NM qua 1 và 10

Vùng chết của rơle công suất: khi NM ba pha xảy ra gần nơi đặt

bảo vệ cắt nhanh không hướng

vc

U

n L

I

=

+

6.5 Đánh giá

Xét sơ đồ, gọi chiều dài vùng chết là lx, áp dư tại chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch 3 pha tại điểm N (điểm giới hạn của vùng chết) là:

trong đó Z1: tổng trở thứ tự thuận của 1Km đường dây

Trường hợp bộ phận định hướng dùng rơle điện cơ, để rơle có thể khởi

động ở giới hạn của vùng chết cần có :

6.5 Đánh giá

Mặt khác ta có:

Với ϕ R : góc giữa U R và IR

α : góc phụ của rơle, tùy thuộc cấu trúc của rơle

nU: tỷ số biến đổi của BU

,min (3)

vc

U

n L

I

=

+