Tính tốn bảo vệ có hướng

2.4.4.1. Tính tốn dịng điện khởi động

Dịng điện khởi động của bảo vệ có hướng được xác định theo hai điều kiện: a) Dòng điện khởi động của bảo vệ có hướng phải lớn hơn dịng điện làm việc cực đại có xét đến hệ số mở máy và hệ số trở về, tức là cũng xác định tương tự đối với bảo vệ dòng điện cực đại.

at kd mm lv max tv k I k I k  (2.24)

Để nâng cao độ nhạy cho bảo vệ không cần xét đến phụ tải có hướng từ đường dây vào thanh cái.

b) Dòng điện khởi động phải lớn hơn dịng điện làm việc ở pha khơng bị sự cố khi có ngắn mạch một pha trong mạng điện trung tính nối đất trực tiếp.

Ikd K .Iat N.pl (2.25) Trong đó: IN.pl- dịng điện của pha khơng bị sự cố khi xảy ra ngắn mạch một pha và chạm đất ở một pha khác.

Giá trị lớn nhất trong hai điều kiện trên sẽ được chọn làm dòng điện khởi động của bảo vệ có hướng.

Dịng điện khởi động của rơle IkđR được xác định theo biểu thức:

kd at kdR sd sd mm lv max I tv I k I k k . .k .I n k   (2.26)

Căn cứ vào giá trị dòng điện khởi động của rơle IkđR cần chọn dòng đặt của rơle IdR theo giá trị gần nhất của thang dịng điện về phía trên

IdR  IkđR (2.27)

Dịng điện khởi động thực sự của bảo vệ có hướng được xác định theo biểu thức sau:

48 dR i kdCH sd I .n I k  (2.28)

Chú ý: Điều kiện thứ hai chỉ áp dụng đối với mạng điện có trung tính nối đất. Ngồi hai điều kiện trên cần phải đảm bảo là dòng khởi động của bảo vệ kề nhau theo cùng một hướng phải khác nhau ít nhất 10%, tức là dịng điện Ikđ1> Ikđ3 và Ikđ4>Ikđ2.

2.4.4.2. Thời gian tác động của bảo vệ

Để đảm bảo cho các bảo vệ làm việc chọn lọc, thời gian tác động phải được chọn theo nguyên tắc bậc thang từ hai phía ngược chiều nhau, cụ thể là thời gian tác động của bảo vệ 5 phải nhỏ hơn của bảo vệ 3 và càng nhỏ hơn của bảo vệ 1 (Hình 2.22); thời gian tác động của bảo vệ 2 nhỏ hơn của bảo vệ 4 và bảo vệ 6.

t5<t3<t1 t2<t4<t6

t1= t3+t; t3= t5+t; t6= t4+t; t4= t2+t; Trong đó:

t - là khoảng thời gian trễ cần thiết để đảm bảo sự chọn lọc giữa các bảo vệ

cùng hướng kề nhau.

Hình 2.22. Sơ đồ bố trí thiết bị bảo vệ và đặc tính thời gian của bảo vệ có hướng Các bảo vệ và các máy cắt từ 1 đến 6 được lắp đặt ở cả hai phía của mỗi đoạn đường dây. Bộ phận định hướng công suất chỉ hoạt động khi công suất ngắn mạch có hướng từ thanh cái tới đường dây được bảo vệ (quy ước được vẽ theo chiều mũi tên).

49

Các bảo vệ được chia thành 2 nhóm: 2, 4, 6 và 5, 3, 1. Các bảo vệ có ký hiệu là số lẻ chỉ hoạt động khi ngắn mạch xảy ra ở bên phải chỗ đặt bảo vệ, cịn các bảo vệ có ký hiệu là số chẵn chỉ hoạt động khi ngắn mạch xảy ra ở bên trái chỗ đặt bảo vệ.

Mỗi nhóm bảo vệ có thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang và khơng phụ thuộc vào thời gian làm việc của nhóm kia. Trên hình 2.22b là đặc tính thời gian duy trì của các bảo vệ được lựa chọn theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau. Từ hình 2.22a có thể nhận thấy, ngắn mạch xảy ra trên một đoạn đường dây bất kỳ của mạng sẽ được loại trừ bằng bảo vệ ở cả hai phía của đoạn hư hỏng.

Tương tự cũng có thể chọn thời gian làm việc của bảo vệ dòng cực đại có hướng cho mạch vịng có một nguồn cung cấp (hình 2.22b).

2.4.4.3. Vị trí đặt cơ cấu định hướng

Phân tích đặc tính thời gian tác động của các bảo vệ (Hình 2.22) ta nhận thấy là không cần thiết phải đặt cơ cấu định hướng ở tất cả các bảo vệ, mà trên mỗi đoạn dây chỉ cần đặt mỗi cơ cấu ở phía nào có thời gian tác động nhỏ hơn, cịn ở đoạn dây nào mà thời gian tác động ở hai đầu dây như nhau thì khơng cần đặt cơ cấu định hướng.

Với nguyên tắc trên ta chỉ cần đặt cơ cấu định hướng tại bảo vệ 2 và bảo vệ 5 (Hình 2.22), vì trên đoạn 3-4 thời gian tác động t3= t4 nên khơng cần có cơ cấu định hướng, trên đoạn 1-2 có t2<t1 nên chỉ cần đặt tại bảo vệ 2 và tương tự trên đoạn 5-6 chỉ cần đặt tại bảo vệ 6.

Rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch trên đoạn 3-4 thì cả hai bảo vệ 3 và 4 đều tác động do đó có cùng thời gian tác động nhỏ nhất, bảo vệ 1 và bảo vệ 6 mặc dù đã sẵn sàng nhưng do thời gian trễ lớn hơn nên khơng kịp tác động dịng đi từ đường dây vào thanh cái. Khi sự cố xảy ra trên đoạn 1-2 trước tiên bảo vệ 2 tác động vì thời gian t2 nhỏ nhất sau một khoảng thời gian trễ khá lớn bảo vệ 1 sẽ tác động.

2.4.4.4. Độ nhạy

Độ nhạy của bảo vệ có hướng phụ thuộc vào hai cơ cấu định hướng. Độ nhạy theo cơ cấu dòng được xác định tương tự như đối với bảo vệ dòng điện cực đại.

N. min n kd.CH I k 1,5 k   (2.29)

50

Độ nhạy theo cơ cấu định hướng phụ thuộc vào công suất ảo của rơle SR, về phần mình giá trị cơng suất này lại phụ thuộc vào hai đại lượng áp UR và dòng IR qua nó. Giá trị của đại lượng UR thay đổi trong phạm vi rất lớn, nếu ngắn mạch xảy ra gần nơi đặt bảo vệ thì có thể rơle sẽ khơng tác động, vì vậy độ nhạy của bảo vệ chỉ có thể đảm bảo trong một vùng xác định.

2.4.4.5. Vùng chết

Trong trường hợp ngắn mạch xảy ra ở quá gần nơi đặt bảo vệ tại điểm N1 (Hình 2.23) thì giá trị điện áp vào rơle gần bằng không UR(3)0dẫn đến Mq= 0 và rơle sẽ không tác động. Từ đây xuất hiện một khái niệm: Vùng chết là vùng giới hạn mà khi có ngắn mạch, rơle khơng thể tác động được.

Hình 2.23. Vùng chết của bảo vệ có hướng

Trong sơ đồ nối 900 vùng chết chỉ có thể xuất hiện trong trường hợp ngắn mạch 3 pha ở gần.

- Điện áp dư trên thanh cái khi có ngắn mạch 3 pha được xác định:

U(3)du I .Z .l(3)N 0 k (2.30) Trong đó:

(3)

N

I - dòng ngắn mạch 3 pha;

Lk- chiều dài từ điểm đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch; Z0- tổng trở suất của dây dẫn.

Điện áp đưa đến rơle (3) (3) du N 0 k R u u 3.U 3.I .Z .l U n n   (2.31)

Trong đó: nu- hệ số biến áp. Cơng suất đưa tới rơle

51 (3) (3) (3) 0 N 0 k N (3) 0 R R R R R R bv bv u i 3I Z l I

S U I Cos( ) U I Cos( 90 ) Cos( 90 )

n n

             

(2.32)

Trong đó: ni- hệ số biến dòng

Như vậy chiều dài vùng chết được xác định theo biểu thức:   kd. min i u chet (3) 2 (3) 0 N 0 bv S .n .n l 3.I .Z .cos 90      (2.33) Trong đó: Skđ.min- cơng suất khởi động nhỏ nhất của rơle.

Nhìn chung chiều dài của vùng chết không lớn hơn 10% tổng chiều dài đường dây được bảo vệ.