BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA PGS.TS LÊ KIM HÙNG, THS. ĐOÀN NGỌC MINH TÚ

BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA PGS.TS LÊ KIM HÙNG, THS ĐOÀN NGỌC MINH TÚ Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ RƠLE I Khái niệm chung: I.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơle: Khi thiết kế vận hành hệ thống điện cần phải kể đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường hệ thống điện Ngắn mạch loại cố xảy nguy hiểm hệ thống điện Hậu ngắn mạch là: a) Trụt thấp điện áp phần lớn hệ thống điện b) Phá hủy phần tử bị cố tia lửa điện c) Phá hủy phần tử có dịng ngắn mạch chạy qua tác động nhiệt d) Phá hủy ổn định hệ thống điện Ngoài loại hư hỏng, hệ thống điện cịn có tình trạng việc khơng bình thường Một tình trạng việc khơng bình thường q tải Dòng điện tải làm tăng nhiệt độ phần dẫn điện giới hạn cho phép làm cách điện chúng bị già cỗi bị phá hủy Để ngăn ngừa phát sinh cố phát triển chúng thực biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng khỏi mạng điện, để loại trừ tình trạng làm việc khơng bình thường có khả gây nguy hiểm cho thiết bị hộ dùng điện Để đảm bảo làm việc liên tục phần khơng hư hỏng hệ thống điện cần có thiết bị ghi nhận phát sinh hư hỏng với thời gian bé nhất, phát phần tử bị hư hỏng cắt phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống điện Thiết bị thực nhờ khí cụ tự động có tên gọi rơle Thiết bị bảo vệ thực nhờ rơle gọi thiết bị bảo vệ rơle (BVRL) Như nhiệm vụ thiết bị BVRL tự động cắt phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện Ngồi thiết bị BVRL cịn ghi nhận phát tình trạng làm việc khơng bình thường phần tử hệ thống điện, tùy mức độ mà BVRL tác động báo tín hiệu cắt máy cắt Những thiết bị BVRL phản ứng với tình trạng làm việc khơng bình thường thường thực tác động sau thời gian trì định (khơng cần phải có tính tác động nhanh thiết bị BVRL chống hư hỏng) I.2 Yêu cầu mạch bảo vệ: I.2.1 Tính chọn lọc: Tác động bảo vệ đảm bảo cắt phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống điện gọi tác động chọn lọc Khi có nguồn cung cấp dự trữ cho hộ tiêu thụ, tác động tạo khả cho hộ tiêu thụ tiếp tục cung cấp điện 4 Hình 1.1 : Cắt chọn lọc mạng có nguồn cung cấp Yêu cầu tác động chọn lọc không loại trừ khả bảo vệ tác động bảo vệ dự trữ trường hợp hỏng hóc bảo vệ máy cắt phần tử lân cận Cần phân biệt khái niệm chọn lọc: Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động mình, bảo vệ làm việc bảo vệ dự trữ ngắn mạch phần tử lân cận Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ làm việc trường hợp ngắn mạch phần tử bảo vệ I.2.2 Tác động nhanh: Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch hạn chế mức độ phá hoại phần tử , giảm thời gian trụt thấp điện áp hộ tiêu thụ có khả giữ ổn định hệ thống điện Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động thiết bị bảo vệ rơ le Tuy nhiên số trường hợp để thực u cầu tác động nhanh khơng thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc Hai yêu cầu đơi mâu thuẫn nhau, tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ yêu cầu I.2.3 Độ nhạy: Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường xuất phần tử bảo vệ hệ thống điện Thường độ nhạy đặc trưng hệ số nhạy Kn Đối với bảo vệ làm việc theo đại lượng tăng ngắn mạch (ví dụ, theo dòng), hệ số độ nhạy xác định tỷ số đại lượng tác động tối thiểu (tức dòng ngắn mạch bé nhất) ngắn mạch trực tiếp cuối vùng bảo vệ đại lượng đặt (tức dòng khởi động) đại lượng tác động tối thiểu Kn = -đại lượng đặt Thường yêu cầu Kn = 1,5 ÷ I.2.4 Tính bảo đảm: Bảo vệ phải luôn sẵn sàng khởi động tác động cách chắn tất trường hợp ngắn mạch vùng bảo vệ tình trạng làm việc khơng bình thường định trước Mặc khác bảo vệ khơng tác động ngắn mạch ngồi Nếu bảo vệ có nhiệm vụ dự trữ cho bảo vệ sau ngắn mạch vùng dự trữ bảo vệ phải khởi động không tác động bảo vệ đặt gần chỗ ngắn mạch chưa tác động Để tăng tính đảm bảo bảo vệ cần: Dùng rơle chất lượng cao Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản (số lượng rơle, tiếp điểm ít) Các phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng sơ đồ phải chắn, đảm bảo 5 Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ II Sơ đồ nối máy biến dòng rơle: II.1 Sơ đồ BI rơle nối theo hình Y hồn tồn: Dịng vào rơle dịng pha (hình 1.2) Trong chế độ làm việc bình thường ngắn mạch pha : Ia + I b + Ic = 3Io = dây trung tính (dây trở về) khơng có dịng Nhưng dây trung tính cần thiết để đảm bảo làm việc đắn sơ đồ ngắn mạch chạm đất Sơ đồ làm việc tất dạng ngắn mạch Tuy nhiên để chống ngắn mạch pha N(1) thường dùng sơ đồ hồn hảo có lọc dịng thứ tự khơng LI0 II.2 Sơ đồ BI rơle nối theo hình khuyết: Dịng vào rơle dòng pha Dòng dây trở bằng: I v = − (I a + I c ) hay I v = I b (khi khơng có Io) Dây trở (hình 1.3) cần thiết tình trạng làm việc bình thường để đảm bảo cho BI làm việc bình thường Trong số trường hợp ngắn mạch pha (có Ib ≠ 0) ngắn mạch nhiều pha chạm đất, dây trở cần thiết để đảm bảo cho bảo vệ tác động Khi ngắn mạch pha pha không đặt BI sơ đồ không làm việc sơ đồ dùng chống ngắn mạch nhiều pha Hình 1.2 : Sơ đồ hồn tồn Hinh 1.3 : Sơ đồ khuyết II.3 Sơ đồ rơle nối vào hiệu dòng pha (số8): Dòng vào rơle hiệu dịng pha (hình 1.4) : I R = Ia − Ic Trong tình trạng đối xứng IR = Ia Giống sơ đồ khuyết, sơ đồ số không làm việc ngắn mạch pha N(1) vào pha khơng đặt máy biến dịng Tất sơ đồ nói phản ứng với N(3) ngắn mạch pha (AB, BC, CA) Vì để so sánh tương đối Hình 1.4 : Sơ đồ số chúng người ta phải xét đến khả làm việc bảo vệ số trường hợp hư hỏng đặc biệt, hệ số độ nhạy, số lượng thiết bị cần thiết mức độ phức tạp thực sơ đồ II.4 Khả làm việc sơ đồ : II.4.1 Khi chạm đất: Khi chạm đất pha điểm mạng điện hở có dịng chạm đất bé, ví dụ điểm chạm đất thứ NB pha B điểm chạm đất thứ hai NC pha C (hình 1.5), bảo vệ đường dây nối theo sơ đồ hồn tồn có thời gian làm việc chúng tác động, đường dây bị cắt Nếu bảo vệ nối theo sơ đồ Y khuyết hay số (BI đặt pha A & C) có đường dây bị cắt Để bảo vệ tác động cách hợp lí, BI phải đặt pha tên (ví dụ A, C) Khi xuất hư hỏng hai đoạn kề đường dây hình tia (hình 1.6), bảo vệ nối Y hồn tồn đoạn xa nguồn bị cắt có thời gian bé Nếu nối Y khuyết hay số đoạn gần nguồn bị cắt , điều khơng hợp lí Hình 1.5 : Chạm đất kép đường dây khác Hình 1.6 : Chạm đất kép hai đoạn nối tiếp đường dây II.4.2 Khi ngắn mạch hai pha sau máy biến áp nối Y/∆ ∆/Y ngắn mạch pha sau máy biến áp nối Y/Y0 : Khi ngắn mạch pha sau máy biến áp nối Y/∆-11, phân bố dòng hư hỏng pha hình 1.7 (giả thiết máy biến áp có tỷ số biến đổi nB = 1) Dòng pha (pha B, ngắn mạch pha pha A,B) pha (2) I N , dòng hai pha (A C) trùng I (N2 ) Đối với máy biến áp nối ∆/Y, phân bố dòng pha tương tự Phân tích làm việc bảo vệ trường hợp hư hỏng nói ta thấy: Bảo vệ nối theo sơ đồ hồn tồn ln ln làm việc có dịng ngắn mạch lớn qua rơle bảo vệ ( 2) Bảo vệ nối theo sơ đồ hình khuyết với BI đặt pha có dịng IN có độ nhạy giảm lần so với sơ đồ hoàn toàn Bảo vệ dùng rơle nối vào hiệu dịng pha trường hợp khơng làm việc, dịng IR = Ia - Ic = Tất nhiên điều xảy trường hợp N(2) có sau máy biến áp xét Khi ngắn mạch pha sau máy biến áp nối Y/Y0 ta có quan hệ tương tự Hình 1.7: Ngắn mạch pha sau máy biến áp có tổ nối dây Y/∆-11 III Các phần tử bảo vệ: Trường hợp chung thiết bị bảo vệ rơle bao gồm phần tử sau : cấu phần logic Các cấu kiểm tra tình trạng làm việc đối tượng bảo vệ, thường phản ứng với đại lượng điện Chúng thường khởi động khơng chậm trễ tình trạng làm việc bị phá hủy Như cấu hai trạng thái: khởi động không khởi động Hai trạng thái cấu tương ứng với trị số định xung tác động lên phần logic bảo vệ Khi bảo vệ làm việc phần logic nhận xung từ cấu chính, tác động theo tổ hợp thứ tự xung Kết tác động làm cho bảo vệ khởi động kèm theo việc phát xung cắt máy cắt báo tín hiệu hoăc làm cho bảo vệ không khởi động 8 Chương 2: BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI I Nguyên tắc tác động: Bảo vệ dòng điện cực đại loại bảo vệ phản ứng với dòng phần tử bảo vệ Bảo vệ tác động dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng giá trị định trước Ví dụ khảo sát tác động bảo vệ dòng điện cực đại đặt mạng hình tia có nguồn cung cấp (hình 2.1), thiết bị bảo vệ bố trí phía nguồn cung cấp tất đường dây Mỗi đường dây có bảo vệ riêng để cắt hư hỏng góp trạm cuối đường dây Hình 2.1: Bố trí bảo vệ dịng cực đại mạng hình tia có nguồn cung cấp Dịng khởi động bảo vệ IKĐ, tức dòng nhỏ qua phần tử bảo vệ mà làm cho bảo vệ khởi động, cần phải lớn dòng phụ tải cực đại phần tử bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khơng có hư hỏng Có thể đảm bảo khả tác động chọn lọc bảo vệ phương pháp khác nguyên tắc: Phương pháp thứ - bảo vệ thực có thời gian làm việc lớn bảo vệ đặt gần phía nguồn cung cấp Bảo vệ gọi BV dịng điện cực đại làm việc có thời gian Phương pháp thứ hai - dựa vào tính chất: dòng ngắn mạch qua chỗ nối bảo vệ giảm xuống hư hỏng cách xa nguồn cung cấp Dòng khởi động bảo vệ IKĐ chọn lớn trị số lớn dòng đoạn bảo vệ xảy ngắn mạch đoạn kề (cách xa nguồn hơn) Nhờ bảo vệ tác động chọn lọc khơng thời gian Chúng gọi bảo vệ dòng điện cắt nhanh Các bảo vệ dịng điện cực đại làm việc có thời gian chia làm hai loại tương ứng với đặc tính thời gian độc lập đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập loại bảo vệ có thời gian tác động không đổi, không phụ thuộc vào trị số dòng điện qua bảo vệ Thời gian tác động bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn, phụ thuộc vào dòng điện qua bảo vệ bội số dịng so với dịng IKĐ tương đối nhỏ phụ thuộc khơng phụ thuộc bội số lớn ** Các phận BV dịng cực đại: Bảo vệ dịng cực đại có hai phận : Bộ phận khởi động (ví dụ, sơ đồ bảo vệ hình 2.2, phận khởi động rơle dòng 3RI 4RI) phận tạo thời gian làm việc (rơle thời gian 5RT) Bộ phận khởi động phản ứng với hư hỏng tác động đến phận tạo thời gian Bộ phận tạo thời gian làm nhiệm vụ tạo thời gian làm việc đảm bảo cho bảo vệ tác động cách có chọn lọc Các rơle dịng điện nối vào phía thứ cấp BI theo sơ đồ thích hợp (xem mục II - chương 1) Hinh 2.2 : Sơ đồ nguyên lí bảo vệ dòng cực đại II Bảo vệ dòng cực đại làm việc có thời gian: II.1 Dịng khởi động BV: Theo nguyên tắc tác động, dòng khởi động IKĐ bảo vệ phải lớn dòng điện phụ tải cực đại qua chổ đặt bảo vệ, nhiên thực tế việc chọn IKĐ phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác Để xác định dòng khởi động ta xét sơ đồ mạng điện hình 2.1, giả sử chọn IKĐ cho bảo vệ 3’ đặt đầu đoạn đường dây AB, trước hết ta khảo sát trạng thái hư hỏng điểm N đoạn BC kề phía sau (tính từ nguồn cung cấp) Khi bảo vệ làm việc trường hợp máy cắt đoạn hư hỏng BC bị cắt Bảo vệ 3’ đoạn không hư hỏng AB có thời gian lớn khơng kịp tác động cần phải trở vị trí ban đầu Nhưng điều xảy dòng trở bảo vệ Itv lớn trị số tính tốn dịng mở máy Imm (hình 2.3) qua đoạn AB đến hộ tiêu thụ trạm B Dòng Itv dòng sơ cấp lớn mà bảo vệ trở vị trí ban đầu Để an tồn, lấy trị số tính tốn dòng mở máy Immtt = Immmax , điều kiện để đảm bảo chọn lọc : Itv > Immmax Khi xác định dòng Immmax cần phải ý đường dây BC bị cắt ra, động nối trạm B bị hãm lại điện áp giảm thấp ngắn mạch điện áp khơi phục dịng mở máy chúng tăng lên cao Vì dịng Immmax thường lớn nhiều so với dòng phụ tải cực đại Ilvmax Đưa vào hệ số mở máy kmm để tính đến dòng mở máy động trạm B việc cắt phụ tải trạm C Ta có Immmax = kmm.Ilvmax 10 Hinh 2.3 : Đồ thị đặc trưng trạng thái bảo vệ ngắn mạch Sai số dòng trở bảo vệ tính tốn khơng xác kể đến hệ số an toàn kat > (vào khoảng 1,1 ÷1,2) Từ điều kiện đảm bảo trở bảo vệ đoạn AB, viết : Itv = kat.kmm.Ilvmax (2.1) Tỉ số dòng trở rơle (hoặc bảo vệ) dòng khởi động rơle (hoặc bảo vệ) gọi hệ số trở ktv I (2.2) k tv = tv I KÂ k k Như vậy: I KÂ = at mm ⋅ I lv max (2.3) k tv Các rơle lí tưởng có hệ số trở ktv = 1; thực tế ln ln có ktv < Dịng khởi động IKĐR rơle khác với dòng khởi động IKĐ bảo vệ hệ số biến đổi nI BI sơ đồ nối dây rơle dòng BI Trong số sơ đồ nối rơle, dòng vào rơle khơng dịng thứ cấp BI Ví dụ nối rơle vào hiệu dịng pha, dịng vào rơle IR(3) tình trạng đối xứng lần dòng thứ cấp IT(3) BI Sự khác biệt dịng rơle tình trạng đối xứng dòng thứ cấp BI đặc trưng hệ số sơ đồ: k (sâ3) = I (R3) I (T3) Kể đến hệ sơ đồ, viết : Do : (2.4) ( 3) I KÂR = k sâ I KÂR I KÂ nI k at k mm k (sâ3) I lv max = k tv n I (2.5) (2.6) 11 II.2 Thời gian làm việc: II.2.1 Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập: Thời gian làm việc bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập (hình 2.4) chọn theo nguyên tắc bậc thang (từng cấp) , làm bảo vệ đoạn sau gần nguồn có thời gian làm việc lớn thời gian làm việc lớn bảo vệ đoạn trước bậc chọn lọc thời gian ∆t Xét sơ đồ mạng hình 2.5, việc chọn thời gian làm việc bảo vệ bảo vệ đoạn đường dây xa nguồn cung cấp nhất, tức từ bảo vệ 1’ 1” trạm C Giả thiết thời gian làm việc bảo vệ biết, tương ứng t1’ t1” Hinh 2.4 : Các dạng đặc tính thời gian bảo vệ dịng cực đại 1- độc lập; 2- phụ thuộc Hinh 2.5 : Phối hợp đặc tính thời gian độc lập bảo vệ dòng cực đại Thời gian làm việc t2’ bảo vệ 2’ trạm B chọn lớn thời gian làm việc lớn bảo vệ trạm C bậc ∆t Nếu t1’ > t1” t2’ = t1’+ ∆t Thời gian làm việc t3 bảo vệ trạm A tính tốn tương tự, ví dụ có t2” > t2’ t3 = t2” + ∆t Trường hợp tổng quát, bảo vệ đoạn thứ n thì: (2.7) tn = t(n-1)max + ∆t đó: t(n-1)max - thời gian làm việc lớn bảo vệ đoạn thứ n-1 (xa nguồn đoạn thứ n) 12 II.2.2 Bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn: Khi chọn thời gian làm việc bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn (hình 2.4) có u cầu khác giá trị bội số dòng ngắn mạch cuối đoạn bảo vệ so với dòng khởi động : Khi bội số dòng lớn, bảo vệ làm việc phần độc lập đặc tính thời gian: lúc thời gian làm việc bảo vệ chọn giống bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập Khi bội số dòng nhỏ, bảo vệ làm việc phần phụ thuộc đặc tính thời gian: trường hợp này, sau phối hợp thời gian làm việc bảo vệ kề giảm thời gian cắt ngắn mạch Hình 2.6 : Phối hợp đặc tính bảo vệ dịng cực đại có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn N : Điểm ngắn mạch tính tốn Xét sơ đồ mạng hình 2.6, đặc tính thời gian bảo vệ thứ n đoạn AB lựa chọn để có thời gian làm việc tn lớn thời gian t(n-1)max bảo vệ thứ (n1) đoạn BC bậc ∆t ngắn mạch điểm tính tốn - đầu đoạn kề BC - gây nên dòng ngắn mạch ngồi lớn có I’N max Từ thời gian làm việc tìm ngắn mạch điểm tính tốn tiến hành chỉnh định bảo vệ tính thời gian làm việc vị trí dịng ngắn mạch khác Ngắn mạch gần nguồn dịng ngắn mạch tăng, ngắn mạch gần góp trạm A thời gian làm việc bảo vệ đường dây AB giảm xuống số trường hợp nhỏ so với thời gian làm việc bảo vệ đường dây BC Khi lựa chọn đặc tính thời gian phụ thuộc thường người ta tiến hành vẽ chúng hệ tọa độ vng góc (hình 2.7), trục hồnh biểu diễn dịng đường dây tính đổi cấp điện áp hệ thống bảo vệ, trục tung thời gian 13 Hình 2.7 : Phối hợp đặc tính thời gian làm việc phụ thuộc có giới hạn bảo vệ dòng cực đại hệ tọa độ dịng - thời gian Dùng bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc giảm thấp dịng khởi động so với bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập vi hệ số mở máy kmm giảm nhỏ Điều giải thích sau: sau cắt ngắn mạch, dòng Imm qua đường dây không hư hỏng giảm xuống nhanh bảo vệ khơng kịp tác động thời gian làm việc tương ứng với trị số dòng Imm (thường gần IKĐ bảo vệ) tương đối lớn Nhược điểm bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc : Thời gian cắt ngắn mạch tăng lên dòng ngắn mạch gần dịng khởi động (ví dụ, ngắn mạch qua điện trở độ lớn ngắn mạch tình trạng làm việc cực tiểu hệ thống) Đôi phôi hợp đặc tính thời gian tương đối phức tạp II.2.3 Bậc chọn lọc thời gian: Bậc chọn lọc thời gian ∆t biểu thức (2.7) xác định hiệu thời gian làm việc bảo vệ đoạn kề ∆t = tn - t(n-1)max Khi chọn ∆t cần xét đến yêu cầu sau : ∆t cần phải bé để giảm thời gian làm việc bảo vệ gần nguồn ∆t cần phải để hư hỏng đoạn thứ (n-1) cắt trước bảo vệ đoạn thứ n (gần nguồn hơn) tác động ∆t bảo vệ đoạn thứ n cần phải bao gồm thành phần sau : * Thời gian cắt tMC(n - 1) máy cắt đoạn thứ (n-1) * Tổng giá trị tuyệt đối sai số dương max tss(n-1) bảo vệ đoạn thứ n sai số âm max tssn bảo vệ đọan thứ n (có thể bảo vệ thứ n tác động sớm) * Thời gian sai số quán tính tqtn bảo vệ đoạn thứ n * Thời gian dự trữ tdt (2.8) Tóm lại: ∆t = tMC(n - 1) + tss(n - 1) + tssn + tqtn + tdt Thường ∆t vào khoảng 0,25 - 0,6sec II.3 Độ nhạy bảo vệ: Độ nhạy bảo vệ dòng max đặc trưng hệ số độ nhạy Kn Trị số xác định tỉ số dòng qua rơle IR ngắn mạch trực tiếp cuối vùng bảo vệ dòng khởi động rơle IKĐR I (2.9) Kn = R I KÂR 14 Dạng ngắn mạch tính tốn dạng ngắn mạch gây nên trị số Kn nhỏ Để đảm bảo cho bảo vệ tác động ngắn mạch qua điện trở độ, dựa vào kinh nghiệm vận hành người ta coi trị số nhỏ cho phép Knmin≈1,5 Khi Kn nhỏ trị số nêu nên tìm cách dùng sơ đồ nối rơle khác đảm bảo độ nhạy bảo vệ lớn Nếu biện pháp không đem lại kết khả quan cần phải áp dụng bảo vệ khác nhạy Trường hợp tổng quát, yêu cầu bảo vệ đặt mạng phải tác động hư hỏng đoạn bảo vệ, mà phải tác động hư hỏng đoạn kề bảo vệ máy cắt đoạn kề bị hỏng hóc (yêu cầu dự trữ cho bảo vệ đoạn kề) Trong trường hợp ngắn mạch trực tiếp cuối đoạn kề, hệ số độ nhạy không nhỏ 1,2 Để so sánh độ nhạy sơ đồ bảo vệ dạng ngắn mạch khác người ta dùng hệ số độ nhạy tương đối Kntđ , đo tỷ số Kn dạng ngắn mạch khảo ( 3) sát với K n ngắn mạch pha với điều kiện dịng ngắn mạch có giá trị nhau: K I (2.10) K ntâ = (n3) = (R3) Kn IR Trong IR IR (3) dịng qua rơle dạng ngắn mạch khảo sát N(3) dịng ngắn mạch sơ cấp có giá trị III Đánh giá bảo vệ dòng cực đại làm việc có thời gian: III.1 Tính chọn lọc: Bảo vệ dịng cực đại đảm bảo tính chọn lọc mạng hình tia có nguồn cung cấp cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang tăng dần theo hướng từ xa đến gần nguồn Khi có nguồn cung cấp, yêu cầu chọn lọc không thỏa mãn cho dù máy cắt bảo vệ đặt phía đường dây III.2 Tác động nhanh: Càng gần nguồn thời gian làm việc bảo vệ lớn Ở đoạn gần nguồn cần phải cắt nhanh ngắn mạch để đảm bảo làm việc liên tục phần lại hệ thống điện, thời gian tác động bảo vệ đoạn lại lớn Thời gian tác động chọn theo nguyên tắc bậc thang vượt giới hạn cho phép III.3 Độ nhạy: Độ nhạy bảo vệ bị hạn chế phải chọn dòng khởi động lớn dòng làm việc cực đại Ilv max có kể đến hệ số mở máy kmm động Khi ngắn mạch trực tiếp cuối đường dây bảo vệ, độ nhạy yêu cầu ≥ 1,5 (khi làm nhiệm vụ bảo vệ chính) Độ nhạy nhiều trường hợp đảm bảo Tuy nhiên công suất nguồn thay đổi nhiều, bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ trường hợp ngắn mạch đoạn kề , độ nhạy khơng đạt u cầu Độ nhạy yêu cầu bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ ≥ 1,2 15 III.4 Tính đảm bảo: Theo nguyên tắc tác động, cách thực sơ đồ, số lượng tiếp điểm mạch thao tác loại rơle sử dụng , bảo vệ dòng cực đại xem loại bảo vệ đơn giản làm việc đảm bảo Do phân tích trên, bảo vệ dịng cực đại áp dụng rộng rãi mạng phân phối hình tia điện áp từ 35KV trở xuống có nguồn cung cấp thời gian làm việc nằm giới hạn cho phép Đối với đường dây có đặt kháng điện đầu đường dây, áp dụng bảo vệ dịng cực đại ngắn mạch dịng khơng lớn lắm, điện áp dư góp cịn cao nên bảo vệ làm việc với thời gian tương đối lớn không ảnh hưởng nhiều đến tình trạng làm việc chung hệ thống điện IV Bảo vệ dòng cắt nhanh: IV.1 Nguyên tắc làm việc: Bảo vệ dòng cắt nhanh (BVCN) loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc cách chọn dòng khởi động lớn dòng ngắn mạch lớn qua chổ đặt bảo vệ hư hỏng phần tử bảo vệ, BVCN thường làm việc khơng thời gian có thời gian bé để nâng cao nhạy mở rộng vùng BV Hình 2.15 : Đồ thị tính tốn bảo vệ dịng cắt nhanh khơng thời gian đường dây có nguồn cung cấp phía Xét sơ đồ mạng hình 2.15, BVCN đặt đầu đường dây AB phía trạm A Để bảo vệ không khởi động ngắn mạch ngồi (trên phần tử nối vào góp trạm B), dòng điện khởi động IKĐ bảo vệ cần chọn lớn dòng điện lớn qua đoạn AB ngắn mạch ngồi Điểm ngắn mạch tính tốn N nằm gần góp trạm B phía sau máy cắt IKĐ = kat INngmax (2.13) Trong : 16 INngmax: Là dòng ngắn mạch lớn ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ (thường dịng N(3) ) kat: hệ số an toàn; xét tới ảnh hưởng thành phần khơng chu kỳ, việc tính tốn khơng xác dịng ngắn mạch sai số rơle Thường kat= 1,2 ÷1,3 Khơng kể đến ktv ngắn mạch ngồi bảo vệ khơng khởi động IV.2 Vùng tác động BV: Khi hư hỏng gần góp trạm A dịng điện ngắn mạch tăng theo đường cong (hình 2.15) Vùng bảo vệ cắt nhanh lCN xác định hoành độ giao điểm đường cong đường thẳng (đường thẳng biểu diễn dòng điện khởi động IKĐ) Vùng l(3)CN chiếm phần chiều dài đường dây bảo vệ Dịng ngắn mạch khơng đối xứng thường nhỏ dịng ngắn mạch pha Vì vậy, đường cong IN (đường cong 3) dạng ngắn mạch khơng đối xứng tình trạng cực tiểu hệ thống nằm thấp so với đường cong 1; vùng bảo vệ lCN < l(3)CN, số trường hợp lCN giảm đến IV.3 BVCN cho đường dây có nguồn cung cấp: Bảo vệ cắt nhanh cịn dùng để bảo vệ đường dây có hai nguồn cung cấp Trên hình 2.16, giả thiết BVCN đặt phía đường dây AB Khi ngắn mạch ngồi điểm NA dịng ngắn mạch lớn chạy qua BVCN INngmaxB theo hướng từ góp B vào đường dây Khi ngắn mạch điểm NB dịng ngắn mạch lớn chạy qua BVCN INngmaxA theo hướng từ góp A vào đường dây Để bảo vệ cắt nhanh không tác động nhầm ngắn mạch ngoài, cần phải chọn IKĐ > INngmax Trong trường hợp xét (hình 2.16), INngmaxA > INngmaxB , dịng tính tốn INngmax = INngmaxA Dòng điện khởi động bảo vệ chọn giống cho hai phía: IKĐ = kat.INngmaxA Vùng bảo vệ lCNA lCNB xác định hoành đô giao điểm đường cong (INA = f(l)) (INB = f(l)) với đường thẳng (IkĐ), gồm đoạn: * Ngắn mạch đoạn lCNA có BVCN phía A tác động * Ngắn mạch đoạn lCNB có BVCN phía B tác động * Khi ngắn mạch đoạn khơng có BVCN tác động Tuy nhiên (lCNA + lCNB) > l ngắn mạch đoạn hai BVCN tác động ** Hiện tượng khởi động khơng đồng thời: Nếu trạm A,B ngồi đường dây bảo vệ cịn có mạch liên lạc vịng phụ khác xảy tượng khởi động không đ.thời bảo vệ đặt đầu A,B đường dây chiều dài vùng bảo vệ tăng lên Hiện tượng mà bảo vệ bắt đầu khởi động sau bảo vệ khác khởi động cắt máy cắt gọi tượng khởi động không đồng thời Khi kể đến tác động không đồng thời, BVCN chí bảo vệ tồn đường dây có nguồn cung cấp phía 17 Hinh 2.16 : Đồ thị tính tốn bảo vệ dịng cắt nhanh đường dây có nguồn cung cấp từ phía V Bảo vệ dịng có đặc tính thời gian nhiều cấp: Bảo vệ dịng có đặc tính thời gian nhiều cấp (hay cịn gọi đặc tính thời gian phụ thuộc nhiều cấp) kết hợp bảo vệ dịng cắt nhanh khơng thời gian, bảo vệ dịng cắt nhanh có thời gian bảo vệ dịng cực đại Sơ đồ ngun lí pha bảo vệ hình 2.18, đặc tính thời gian hình 2.19 Hình 2.18 : Sơ đồ ngun lí pha bảo vệ dịng có đặc tính thời gian nhiều cấp Nguyên tắc làm việc bảo vệ khảo sát thơng qua sơ đồ mạng hình tia có nguồn cung cấp phía hình 2.20 Các bảo vệ A B đặt đầu đường dây AB BC Sự thay đổi giá trị dòng ngắn mạch theo khoảng cách từ góp trạm A đến điểm hư hỏng đặc trưng đường cong IN = f(l) * Cấp Thứ Nhất bảo vệ A B (rơle 3RI, 4RGT 5Th hình 2.18) cấp cắt nhanh khơng thời gian (tI ≤ 0,1 giây) Để đảm bảo chọn lọc, dòng khởi động IIKĐA IIKĐB chọn lớn dòng ngắn mạch cực đại Phần lIA 18 lIB đường dây (xác định đồ thị hình 2.20) vùng thứ bảo vệ A B, chúng chiếm phần chiều dài đường dây AB BC * Cấp Thứ Hai (rơle 6RI, 7RT 8Th) cấp cắt nhanh có thời gian, để đảm bảo chọn lọc chọn với thời gian tII lớn thời gian tác động tI cấp thứ bảo vệ không thời gian đặt máy biến áp trạm B C bậc ∆t Khi chọn thời gian tII vậy, dòng khởi động IIIKĐA IIIKĐB cấp thứ hai chọn lớn dòng ngắn mạch cực đại hư hỏng ngồi vùng tác động bảo vệ khơng thời gian đặt phần tử kề trước (ví dụ, IIIKĐA chọn lớn dòng ngắn mạch cực đại hư hỏng cuối vùng lIB cấp thứ bảo vệ B hư hỏng Hình 2.19 : Đặc tính thời gian góp điện áp thấp trạm B) bảo vệ hình 2.18 Đối với bảo vệ A, trường hợp tính tốn chỉnh định khỏi dòng ngắn mạch cuối vùng lIB cấp thứ bảo vệ B (dòng ngắn mạch lúc dịng khởi động IIKĐB) ta có : IIIKĐA = kat.IIKĐB Hình 2.20 : Đồ thị tính tốn bảo vệ dịng có đặc tính thời gian nhiều cấp 19 Hệ số an tồn Kat tính đến sai số rơle máy biến dịng, lấy 1,1÷1,15.Vùng bảo vệ cấp thứ hai bao gồm phần cuối đường dây, góp trạm phần phần tử kề nối vào góp Vùng thứ hai lIIA bảo vệ A xác định đồ thị (hình 2.20), trường hợp xét lIIA chứa phần cuối đường dây AB, góp B phần đầu đường dây BC Độ nhạy cấp thứ hai bảo vệ A B kiểm tra theo ngắn mạch trực tiếp cuối đường dây bảo vệ AB BC tương ứng Yêu cầu hệ số KIIn khơng nhỏ 1,3 ÷ 1,5 * Cấp Thứ Ba bảo vệ A B (rơle 9RI, 10RT, 11Th) bảo vệ dịng cực đại, có dịng khởi động IIIIKĐA IIIIKĐB lớn dòng điện làm việc cực đại Tác động chọn lọc chúng đảm bảo nhờ chọn thời gian tIIIA tIIIB theo nguyên tắc bậc thang Vùng bảo vệ cấp thứ ba lIIIA lIIIB cuối vùng hai trở Nhiệm vụ cấp thứ ba dự trữ cho hỏng hóc máy cắt bảo vệ phần tử kề, cắt ngắn mạch đường dây bảo vệ cấp đầu không tác động, ví dụ ngắn mạch qua điện trở độ lớn Độ nhạy cấp thứ ba kiểm tra với ngắn mạch cuối phần tử kề Yêu cầu hệ số KnIII không nhỏ 1,2 Ưu điểm bảo vệ dịng điện có đặc tính thời gian nhiều cấp bảo đảm cắt nhanh ngắn mạch tất phần mạng điện Nhược điểm độ nhạy thấp, chiều dài vùng bảo vệ phụ thuộc vào tình trạng làm việc hệ thống dạng ngắn mạch, đảm bảo tính chọn lọc mạng hở có nguồn cung cấp VI Bảo vệ dịng có kiểm tra áp: Để phân biệt ngắn mạch tải, đồng thời nâng cao độ nhạy dòng bảo vệ dòng cực đại, người ta dùng sơ đồ bảo vệ dịng có kiểm tra áp (hình 2.21) Khi ngắn mạch dịng điện tăng điện áp giảm xuống rơle dòng RI rơle áp RU khởi động dẫn đến cắt máy cắt Trong trường hợp này, dòng khởi động bảo vệ Hinh 2.21 : Sơ đồ nguyên lí pha tính theo biểu thức: bảo vệ dịng có kiểm tra áp k I KÂ = at I lvmax k tv Trong biểu thức khơng cần kể đến kmm sau cắt ngắn mạch động tự khởi động không làm điện áp giảm nhiều, rơle RU không khởi động bảo vệ tác động Rõ ràng không kể đến hệ số kmm dịng khởi động bảo vệ dịng có kiểm tra áp nhỏ nhiều so với dòng khởi động bảo vệ dòng cực đại tương ứng độ nhạy nâng cao đáng kể 21 Chương3: BẢO VỆ DỊNG CĨ HƯỚNG I Ngun tắc tác động: Hình 3.1 : Mạng hở có nguồn cung cấp phía Để đảm bảo cắt chọn lọc hư hỏng mạng hở có vài nguồn cung cấp, mạng vịng có nguồn cung cấp từ khoảng năm 1910 người ta bắt đầu dùng bảo vệ dòng có hướng Bảo vệ dịng điện có hướng loại bảo vệ phản ứng theo giá trị dòng điện chỗ nối bảo vệ góc pha dịng điện với điện áp góp trạm có đặt bảo vệ Bảo vệ tác động dòng điện vượt giá trị định trước (dòng khởi động IKĐ) góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch đường dây bảo vệ Hình 3.2 : Mạng vịng có nguồn cung cấp II Sơ đồ BV dịng có hướng: Trường hợp tổng qt, bảo vệ dịng điện có hướng gồm phận chính: khởi động, định hướng cơng suất tạo thời gian (hình 3.3) Bộ phận định hướng công suất bảo vệ cung cấp từ máy biến dòng (BI) máy biến điện áp (BU) Để bảo vệ tác động cắt, tất phận bảo vệ cần phải tác động Bằng việc khảo sát làm việc rơle định hướng công suất hư hỏng vùng bảo vệ ta rút tính chất bảo vệ dịng có thêm rơle định hướng công suất Khi ngắn mạch đoạn AB (tại điểm N’ gần góp B, hình 3.2) vùng tác động bảo vệ 2, đồ thị véctơ dòng điện I’N , I”N IN = I’N +I”N hình 3.4a 22 Các dịng điện chậm sau sức điện động Ep nguồn cung cấp góc ϕHT chúng tạo nên góc ϕD so với áp dư UpB góp trạm B Khi ngắn mạch đoạn BC gần góp B (điểm N”, hình 3.2), đồ thị véctơ dịng điện thực tế giống điểm N’ (hình 3.4b) Ap dư UpB khơng thay đổi góc pha Nếu chọn dịng IR2 bảo vệ có hướng từ góp B vào đường dây AB (hình 3.2) lấy UR2 = UPB xác định quan hệ góc pha IR2 UR2 ngắn mạch điểm N’ N” Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lí pha bảo vệ dịng có hướng Lấy véctơ điện áp UR2 làm gốc để xác định góc pha IR2 Góc lệch pha coi dương dòng chậm sau áp âm vượt trước Khi ngắn mạch N’, cơng suất ngắn mạch hướng từ góp B vào đường dây AB, lúc I’R2 = I’N ϕ‘R2 = góc (UR2,IR2) = ϕD Khi ngắn mạch N” công suất ngắn mạch hướng từ đường dây AB đến góp B, I”R2 = - I”N ϕ“R2 = ϕD- 1800 Như dịch chuyển điểm hư hỏng từ vùng bảo vệ vùng không bảo vệ, góc pha IR2 đặt vào rơle bảo vệ so với UR2 thay đổi 1800 (giống đổi hướng công suất ngắn mạch) Nối rơle định hướng cơng suất để khởi động nhận góc ϕ‘R2 (cơng suất ngắn mạch hướng từ góp vào đường dây) khơng khởi động nhận góc ϕ‘’R2 khác với ϕ‘R2 góc 1800 (cơng suất ngắn mạch hướng từ đường dây vào góp) ta thực bảo vệ có hướng Hình 3.4 : Đồ thị vectơ áp dịng hướng cơng suất NM từ góp vào đường dây (a) từ đường dây vào góp (b) ... ngồi Nếu bảo vệ có nhiệm vụ dự trữ cho bảo vệ sau ngắn mạch vùng dự trữ bảo vệ phải khởi động khơng tác động bảo vệ đặt gần chỗ ngắn mạch chưa tác động Để tăng tính đảm bảo bảo vệ cần: Dùng rơle. .. hoăc làm cho bảo vệ khơng khởi động 8 Chương 2: BẢO VỆ DỊNG ĐIỆN CỰC ĐẠI I Nguyên tắc tác động: Bảo vệ dòng điện cực đại loại bảo vệ phản ứng với dòng phần tử bảo vệ Bảo vệ tác động dòng điện... dây bảo vệ cịn có mạch liên lạc vịng phụ khác xảy tượng khởi động khơng đ.thời bảo vệ đặt đầu A,B đường dây chiều dài vùng bảo vệ tăng lên Hiện tượng mà bảo vệ bắt đầu khởi động sau bảo vệ khác