BÀI 3 : BẢO VỆ DỊNG CĨ HƯỚNG
7. NHẠY CỦA BẢO VỆ :
Độ nhạy của bảo vệ dịng cực đại có hướng được quyết định bởi hai bộ phận: khởi động dịng và định hướng cơng suất. Độ nhạy về dịng của bảo vệ được tính tốn giống như đối với bảo vệ dịng cực đại.
Điều cần quan tâm đối với bảo vệ dịng có hướng là độ nhạy của bộ phận định hướng công suất. Khi xảy ra N(3) ở đầu đường dây được bảo vệ gần chỗ nối bảo vệ, điện áp từ các BU đưa vào bảo vệ có giá trị gần bằng không. Trong trường hợp này, bảo vệ và rơle định hướng công suất sẽ khơng khởi động.
Vì vậy độ nhạy của bộ phận định hướng công suất được đặc trưng bằng vùng chết. Vùng chết là phần chiều dài đường dây được bảo vệ mà khi ngắn mạch trực tiếp trong đó bảo vệ sẽ không khởi động do áp đưa vào rơle định hướng công suất bé hơn áp khởi động tối thiểu UKĐRmin của nó.
Kinh nghiệm vận hành cho thấy ở mạng điện trên khơng vùng chết ít xuất hiện hơn so với ở mạng cáp, vì trong các mạng cáp thường xảy ra N(3) hơn. 8. BẢO VỆ DÒNG CẮT NHANH CÓ HƯỚNG:
Bảo vệ dịng cắt nhanh có hướng là bảo vệ có hướng khơng thời gian mà tính chọn lọc tác động đạt được bằng cách chọn dòng khởi động IKĐ lớn hơn giá trị cực đại của dịng ngắn mạch ngồi INngmax đi theo hướng tác động của bộ phận định hướng công suất nếu như điều kiện chỉnh định theo dòng điện khi dao động (đối với bảo vệ cắt nhanh nối vào dịng pha tồn phần) khơng phải là điều kiện tính tốn.
Hình 3.21 : Đồ thị tính tốn bảo vệ dịng cắt nhanh có hướng
Trên hình 3.21 là đồ thị biểu diễn sự thay đổi của giá trị dòng điện trên đường dây AB có 2 nguồn cung cấp khi dịch chuyển điểm ngắn mạch dọc theo đường dây. Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh khơng có hướng đối với đường dây này được chọn lớn hơn giá trị lớn nhất của các dòng ngắn mạch ngoài, đối với trường hợp như trên hình 3.21 thì IKĐ = kat.INngmaxA. Như vậy nối bảo vệ cắt nhanh về phía trạm B là khơng có ý nghĩa vì IKĐ ln ln lớn hơn dịng ngắn mạch đi qua bảo vệ đặt phía trạm B.
Nếu ta đưa thêm bộ phận định hướng công suất vào bảo vệ cắt nhanh ở trạm B, thì có thể chọn dòng khởi động của nó khơng kể đến dòng INngmaxA. Dòng khởi động của bảo vệ B sẽ nhỏ hơn so với trường hợp dùng bảo vệ cắt nhanh không hướng nêu trên và bằng IKĐB = kat.INngmaxB. Trong trường hợp này bảo vệ cắt nhanh về phía trạm B sẽ có thể bảo vệ được phần lớn đường dây AB. 9. ĐÁNH GIÁ VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ DỊNG CĨ HƯỚNG:
9.1. Tính chọn lọc:
Tính chọn lọc tác động của bảo vệ đạt được nhờ chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau và dùng các bộ phận định hướng cơng suất. Tính chọn lọc được đảm bảo trong các mạng vịng có một nguồn cung cấp khi khơng có những đường chéo khơng qua nguồn (hình 3.22a,b) và trong các mạng hình tia có số nguồn cung cấp tùy ý (hình 3.22c).
Trong các mạng vịng có số nguồn cung cấp lớn hơn một (hình 3.23a), tính chọn lọc khơng thể đảm bảo vì khơng thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang. Bảo vệ cũng không đảm bảo chọn lọc trong các mạng vịng có một nguồn cung cấp có đường chéo khơng đi qua nguồn (hình 3.23b), trường hợp này phần mạng giới hạn bởi đường chéo có thể xem như có hai nguồn cung cấp.
9.2. Tác động nhanh:
Giống như bảo vệ dòng cực đại (chương 2), trong đa số trường hợp bảo vệ có thời gian làm việc lớn.
Hình 3.23 : Các sơ đồ mạng mà Bảo vệ dịng có hướng không đảm bảo cắt chọn lọc khi ngắn mạch
9.3. Độ nhạy:
Độ nhạy của bảo vệ bị giới hạn bởi dòng khởi động của bộ phận khởi động. Trong các mạng hở có 2 hay nhiều nguồn cung cấp, ở một số chế độ ví dụ như sau khi cắt một trong các nguồn cung cấp có cơng suất lớn và cưỡng bức kích từ máy phát của các nguồn cịn lại thì dịng phụ tải cực đại có thể đạt tới giá trị lớn. Dịng khởi động được chỉnh định khỏi dòng phụ tải này thường làm cho bảo vệ hồn tồn khơng đủ độ nhạy. Để tăng độ nhạy đôi khi người ta dùng những bộ phận khởi động liên hợp dòng và áp.
Từ những nhận xét trên ta thấy rằng bảo vệ dịng có hướng có thể sử dụng làm bảo vệ chính trong các mạng phân phối điện áp dưới 35kV khi nó đảm bảo được tính chọn lọc và tác động nhanh.
Bảo vệ dịng có hướng cũng được sử dụng rộng rãi làm bậc dự trữ trong các bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp.
Câu hỏi và bài tập bài 3
1. Trình bày nguyên lý tác động của bảo vệ dịng có hướng.
2. Hãy vẽ và nêu nguyên lý làm việc của sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ dịng có hướng.
BÀI 4: BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT
1. BẢO VỆ DÒNG THỨ TỰ KHƠNG TRONG MẠNG CĨ DỊNG CHẠM ĐẤT LỚN: Bảo vệ dịng thứ tự khơng được thực hiện nhờ một rơle RI nối vào bộ lọc dịng thứ tự khơng LIo .
Hình 4.1 : Sơ đồ nối rơle vào Hình 4.2 : Kết hợp sơ đồ bộ lọc - rơle dòng bộ lọc dịng thứ tự khơng gồm 3BI thứ tự không với sơ đồ sao khuyết
1.1. Dòng qua rơle:
Khi chiều của các dòng điện đã chấp nhận như trong sơ đồ hình 4.1 và 4.2, dòng điện qua rơle RI bằng:
Dòng thứ của BI tương ứng với sơ đồ thay thế (hình 2.13) là:
Ví dụ:
Vì vậy:
Tổng dịng từ hóa của 3 máy biến dịng quy đổi về phía thứ cấp của chúng được gọi là dịng khơng cân bằng thứ cấp của bộ lọc:
Tổng: Vậy:
Như vậy bảo vệ chỉ tác động đối với các dạng ngắn mạch có tạo nên dòng Io (ngắn mạch chạm đất).
Đối với các bộ lọc dùng BI lí tưởng có Iµ = 0 thì IKCBT = 0. Tuy nhiên thực tế các BI ln ln có dịng từ hóa và dịng từ hóa ở các pha là khác nhau mặc dù dịng sơ của các pha có trị số bằng nhau, vì vậy IKCBT ≠ 0.
1.2. Dòng khởi động của bảo vệ:
Trong tình trạng làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch giữa các pha (khơng chạm đất) thì dịng thứ tự không I0 = 0. Do vậy để bảo vệ không tác động khi ngắn mạch giữa các pha ngoài vùng bảo vệ cần chọn:
IKĐ = kat . IKCBStt
Dòng IKCBStt được tính tốn đối với trường hợp ngắn mạch ngồi khơng chạm đất và cho dòng lớn nhất.
Đồng thời để phối hợp độ nhạy giữa các bảo vệ thứ tự khơng thì dịng khởi động của bảo vệ đoạn sau (gần nguồn hơn) phải chọn lớn hơn bảo vệ đoạn trước một ít.
Dịng khởi động của bảo vệ thứ tự khơng thường bé hơn nhiều so với dịng làm việc cực đại của đường dây nên độ nhạy khá cao.
1.3. Thời gian làm việc:
Bảo vệ dịng thứ tự khơng có đặc tính thời gian độc lập, được chọn theo nguyên tắc bậc thang. Xét ví dụ đối với mạng hở có một nguồn cung cấp và có trung tính được nối đất chỉ một điểm ở đầu nguồn (hình 4.3).
Bảo vệ 2a ở các trạm B, C có thể được chỉnh định khơng thời gian (thực tế t2a ≈ 0,1 giây) và thời gian tác động của các bảo vệ đường dây là:
t3a = t2a + ∆t ; t4a = t3a + ∆t
Trên đồ thị hình 4.3 cũng vẽ đặc tính thời gian của các bảo vệ 1 ÷ 4 làm nhiệm vụ chống ngắn mạch nhiều pha trong mạng.
Từ hình 4.3 và những điều đã trình bày trên đây ta có thể thấy được ưu điểm chính của bảo vệ dịng thứ tự khơng so với bảo vệ nối vào dịng pha tồn phần là thời gian làm việc bé và độ nhạy cao.
Hình 4.3 : Đặc tính thời gian của bảo vệ dịng TTK và của bảo vệ nối vào dịng pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp
2. BẢO VỆ DỊNG THỨ TỰ KHƠNG TRONG MẠNG CĨ DỊNG CHẠM ĐẤT BÉ: Trong các mạng có dịng điện chạm đất bé (trung tính khơng nối đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang) giá trị dòng điện chạm đất một pha thường không quá vài chục Ampere. Ví dụ như ở mạng cáp, để chạm đất một pha không chuyển thành ngắn mạch nhiều pha thì chạm đất lớn nhất cho phép vào khoảng 20÷30A. Những bảo vệ dùng rơle nối vào dịng điện pha tồn phần khơng thể làm việc với dịng điện sơ cấp bé như vậy, vì thế người ta dùng các bảo vệ nối qua bộ lọc dòng điện thứ tự không.
Bảo vệ được đặt ở đầu đường dây AB về phía trạm A trong mạng có trung tính cách đất (hình 4.15).
2.1. Dịng khởi động:
Dòng khởi động của bảo vệ được xác định theo điều kiện chọn lọc: Bảo vệ khơng được tác động khi chạm đất ngồi hướng được bảo vệ.
Ví dụ khi pha C của đường dây AC bị chạm đất tại điểm N’ (hình 4.4), qua bảo vệ đặt trên đường dây AB có dịng 3I0CD do điện dung COD giữa pha của đường dây được bảo vệ đối với đất. Đồ thị dòng điện dung trong các pha của đường dây AB và thành phần thứ tự khơng của chúng như trên hình 4.4. Để bảo vệ khơng tác động cần chọn:
IKĐ ≥ kat . 3IoCD
kat: hệ số an tồn, có kể đến ảnh hưởng của dòng dung quá độ vào thời điểm đầu chạm đất (có thể lớn hơn giá trị ổn định rất nhiều). Đối với bảo vệ tác động không thời gian cần phải chọn kat = 4 ÷ 5, bảo vệ tác động có thời gian có thể chọn kat bé hơn.
Tuy nhiên chạm đất thường lặp đi lặp lại và rơle phải chịu tác động của những xung dòng điện liên tiếp, cho nên dù bảo vệ tác động có thời gian cũng khơng thể chọn kat thấp hơn 2 ÷ 2,5.
2.2. Thời gian làm việc:
Khi bảo vệ tác động báo tín hiệu thì khơng cần chọn thời gian làm việc theo điều kiện chọn lọc, bảo vệ thường làm việc khơng thời gian. Có một số bảo vệ theo điều kiện an toàn cần phải tác động khơng có thời gian đi cắt chạm đất, cịn lại nói chung bảo vệ tác động đi cắt với thời gian được chọn theo nguyên tắc bậc thang.
2.3. Độ nhạy:
Khi chạm đất trong vùng bảo vệ, ví dụ tại điểm N” trên pha C của đường dây AB (hình 4.4), để bảo vệ có thể tác động cần phải thực hiện điều kiện:
IBV ≥ IKĐ Trong đó : IBV - là dịng điện đi qua bảo vệ.
Dòng qua bảo vệ IBV sinh ra là do điện dung các pha của phần khơng hư hỏng trong hệ thống (đó chính là điện dung đẳng trị C0đt):
IBV = 3I0Cđt = 3ω.C0đt.Up
Điện dung tổng C0∑ của các pha trong toàn hệ thống đối với đất là: C0∑ = C0đt + C0D
do vậy: IBV = 3ω(C0∑ - C0∑ ).Up
Vị trí điểm chạm đất N” trên đường dây được bảo vệ không ảnh hưởng đến trị số dịng IBV, vì trở kháng và cảm kháng của đường dây rất nhỏ so với
dung kháng.
Độ nhạy của bảo vê được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy:
Khi chạm đất qua điện trở trung gian cần phải có Kn ≥ 1,25 ÷ 1.5.
Hình 4.5 : Bố trí các bảo vệ chống chạm đất
Để nhanh chóng phát hiện phần tử bị chạm đất nên đặt bảo vệ báo tín hiệu ở tất cả các đầu đường dây (hình 4.5). Khi xuất hiện chạm đất (ví dụ ở điểm N) bằng cách kiểm tra dần tín hiệu của các bảo vệ từ đầu nguồn A đến trạm C có thể xác định được đoạn đường dây bị chạm đất.
Câu hỏi và bài tập bài 4
1. Trình bày nguyên tắc bảo vệ dòng thứ tự khơng trong mạng có dịng chạm đất lớn.
2. Trình bày nguyên tắc bảo vệ dịng thứ tự khơng trong mạng có dịng chạm đất bé.
BÀI 5: BẢO VỆ DÒNG SO LỆCH
1. NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC:
Bảo vệ dòng so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ.
Các máy biến dòng BI được đặt ở hai đầu phần tử được bảo vệ và có tỷ số biến đổi nI như nhau (hình 5.1). Quy ước hướng dương của tất cả các dòng điện theo chiều mũi tên như trên sơ đồ hình 4.1, ta có :
Dịng vào rơle bằng hiệu hình học dịng điện của hai BI, chính vì vậy bảo vệ có tên gọi là bảo vệ dịng so lệch.
Hình 5.1 : Sơ đồ ngun lí 1 pha của bảo vệ dịng so lệch
a) Trong tình trạng làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài (ở điểm N’): Trường hợp lí tưởng (các BI khơng có sai số, bỏ qua dòng dung và dịng rị của đường dây được bảo vệ) thì:
b) Khi ngắn mạch trong (ở điểm N”): dòng IIS và IIIS khác nhau cả trị số và góc pha.
Khi hướng dịng quy ước như trên thì dịng ở chỗ hư hỏng là:
Nếu dòng IR vào rơle lớn hơn dòng khởi động IKĐR của rơle, thì rơle khởi động và cắt phần tử bị hư hỏng.
Khi nguồn cung cấp là từ một phía (IIIS = 0), lúc đó chỉ có dịng IIT, dịng IR = IIT và bảo vệ cũng sẽ khởi động nếu IR > IKĐR.
Như vậy theo ngun tắc tác động thì bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối và để đảm bảo tính chọn lọc khơng cần phối hợp về thời gian. Vùng tác động của bảo vệ được giới hạn giữa hai BI đặt ở 2 đầu phần tử được bảo vệ.
2. DỊNG KHƠNG CÂN BẰNG:
Khi khảo sát nguyên tắc tác động của bảo vệ dòng so lệch ta đã giả thiết trong tình trạng làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngồi, lí tưởng ta có IIT = IIIT. Tuy nhiên trong thực tế :
Như vậy, dòng trong rơle (khi khơng có ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng trong rơle được gọi là dịng khơng cân bằng IKCB) bằng:
Ngay cả khi kết cấu của hai BI giống nhau, dịng từ hóa I’IIµ và I’Iµ của chúng thực tế là khơng bằng nhau. Vì vậy dịng khơng cân bằng có một giá trị nhất định nào đó.
Vẫn chưa có những phương pháp phù hợp với thực tế và đủ chính xác để tính tốn dịng khơng cân bằng q độ. Vì vậy để đánh giá đơi khi người ta phải sử dụng những số liệu theo kinh nghiệm.
3. DỊNG KHỞI ĐỘNG VÀ ĐỘ NHẠY:
3.1. Dịng điện khởi động:
Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch ngồi, dịng khởi động của rơle cần phải chỉnh định tránh khỏi trị số tính tốn của dịng khơng cân bằng:
IKĐR ≥ kat.IKCBmaxtt
IKCBmaxtt : trị hiệu dụng của dịng khơng cân bằng cực đại tính tốn tương ứng với dịng ngắn mạch ngồi cực đại.
Tương ứng dòng khởi động của bảo vệ là: IKĐ ≥ kat.IKCBSmaxtt
Trong đó IKCBSmaxtt là dịng khơng cân bằng phía sơ cấp của BI tương ứng với IKCBmaxtt và được tính tốn như sau:
IKCBSmaxtt = fimax.kđn.kkck. IN ngmax
với: fimax - sai số cực đại cho phép của BI, fimax = 10%.
kđn - hệ số đồng nhất của các BI, (kđn = 0 ÷ 1), kđn = 0 khi các BI hoàn toàn giống nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau, kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, một BI làm việc khơng có sai số (hoặc sai số rất bé) cịn BI kia có sai số cực đại.
kkck - hệ số kể đến thành phần khơng chu kỳ trong dịng điện ngắn mạch.
INngmax - thành phần chu kỳ của dịng điện ngắn mạch ngồi lớn nhất.
3.2. Độ nhạy:
Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá thông qua hệ số độ nhạy:
INmin : dịng nhỏ nhất có thể có tại chỗ ngắn mạch khi ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ.
Yêu cầu độ nhạy của bảo vệ dòng so lệch Kn ≥ 2 4. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ NHẠY:
- Cho bảo vệ làm việc với thời gian khoảng 0,3 đến 0,5 sec để tránh khỏi những trị số q độ lớn của dịng khơng cân bằng.
- Nối nối tiếp với cuộn dây rơle một điện trở phụ (hình 5.2). Tăng điện trở mạch so lệch sẽ làm giảm thấp dịng khơng cân bằng cũng như dòng ngắn mạch