2.3.1 Nguyên tắc tác động
Bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ quá dòng có hướng có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp đôi khi quá lớn và trong một số mạng vòng, không thể đảm bảo được tính chọn lọc như những lưới điện phức tạp có nhiều nguồn, các bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh thì lại không bảo vệ hết hoàn toàn đường dây. Do đó người ta đã sử dụng bảo vệ khoảng cách (bảo vệ tổng trở cực tiểu).
Nguyên lý đo tổng trở được dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay thiếu (mất) kích thích. Đối với các hệ thống truyền tải, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường (bằng thương số giữa điện áp chỗ đặt bảo vệ và dòng điện phụ tải) phải cao hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sự cố. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch.
2.3.2 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách
Để bảo vệ khoảng cách làm việc được thì cần phải có biện pháp đo lường tổng trở đặt vào rơle, hay cần phải nghiên cứu các đặc tính tổng trở. Đặc tính khởi động là đường biên xác định điều kiện tác động của mỗi bảo vệ được biểu diễn trong mặt phẳng phức Z.
Đặc tính MhO: được trang bị cho các role thế hệ cũ do vấn đề hạn chế về công nghệ chế tạo
Rơle đời mới: đặc tính làm việc chia ra nhiều vùng hơn, bám sát đặc tính của đối tượng cần bảo vệ
Cùng một đường dây cần bảo vệ & điện trở hồ quang: đặc tính tứ giác hoạt động chọn lọc hơn.
Hình 2.6: Đặc tính tác động của bảo vệ khoảng cách.
2.3.3 Lựa chọn giá trị cài đặt Xét hệ thống điện như hình vẽ
Việc lựa chọn thời gian cho bảo vệ khoảng cách cũng được chọn theo nguyên tắc từng cấp như bảo vệ quá dòng điện cực đại. Tức là độ lệch về thời gian làm việc giữa các vùng bảo vệ liền kề nhau t chọn bằng: t = 0,3 ÷ 0,5 s,
Vùng I: bảo vệ khoảng 80-90% chiều dài đường dây được bảo vệ.
Thời gian khởi động chọn tAI = 0 (s) ,
Tổng trở khởi động: ví dụ bảo vệ A đặt đầu đường dây AB, tổng trở khởi động sẽ được chọn như sau: ZAI = kat.ZAB ,
Trong đó: kat < 1 có xét đến sai số của các mạch đo lường, bản thân rơ le khoảng cách và của việc xác định thông số tổng trở đường dây ŻAB .Với các rơ le điện cơ có thể lấy kat = 0,8, với các rơ le số có độ chính xác cao hơn có thể lấy kat =
0,85; nếu tổng trở của đường dây được đo trực tiếp và sử dụng rơ le số thì kat có thể lấy bằng 0,9.
Vùng II: Cần phải phối hợp với bảo vệ cấp I của đường dây tiếp theo (đầu B), thông thường vùng II sẽ bảo vệ toàn bộ đường dây AB và khoảng 20% chiều dài đường dây tiếp theo, cụ thể chọn các thông số như sau:
Thời gian khởi động chọn tAII = tAI +t (s) Tổng trở khởi động: ZAII = kat.(ZAB + ZBI)
Hình 2.7: Vùng bảo vệ của bảo vệ khoảng cách.
trong đó: ZBI - Tổng trở khởi động vùng thứ nhất của bảo vệ đặt ở đầu B đường của đường dây tiếp theo. kat : được chọn như trên nhằm phối hợp chọn lọc giữa hai vùng thứ II của bảo vệ A và B liền kề.
Vùng III: cũng chọn tương tự như vùng II với vùng khởi động thứ III thường bao lấy toàn bộ chiều dài đường dây dài nhất tiếp theo để làm bảo vệ dự phòng cho đường dây này.
Thời gian khởi động chọn tAIII = tAII +t (s)
Tổng trở khởi động: ZAIII = kat.(ZAB + kat.(ZBC +ZCI))
trong đó: ZCI - Tổng trở khởi động vùng thứ nhất của bảo vệ đặt ở đầu C đường của đường dây tiếp theo. kat: được chọn như trên nhằm phối hợp chọn lọc giữa hai vùng thứ II của bảo vệ A và B liền kề.
2.3.4 Các ảnh hưởng đến sai số cửa bảo vệ khoảng cách 2.3.4.1 Ảnh hưởng của điện trở quá độ
Điện trở quá độ tại chỗ sự cố làm cho tổng trở đường dây nhỏ hơn tổng trở sự cố.
Sự xuất hiện của hồ quang tại chỗ ngắn mạch cũng đồng thời làm cho thời gian của bảo vệ khoảng cách tăng lên vì phải tính đến thời gian tắt hồ quang tại chỗ ngắn mạch.
2.3.4.2 Ảnh hưởng của dòng điện trong các nhánh
Vì tổng trở đo được bởi rơle là tỉ số giữa điện áp và dòng điện đưa vào rơle tuy nhiên dòng điện đi vào rơ le khoảng cách lại phụ thuộc vào các nhánh nhất là trong các hệ thống có đường dây kép.
2.3.4.3 Ảnh hưởng sai số các thiết bị đo lường
Các thiết bị đo lường BU, BI có ảnh hưởng khá lớn đến sự làm việc của rơ le khoảng cách. Vì tổng trở rơ le đo được phụ thuộc vào giá trị điện áp và dòng điện đo được. Do đó các BU, BI cần phải đảm bảo nhỏ hơn sai số cho phép.
2.3.4.4 Các ảnh hưởng khác
Tổng trở đo được bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khác như: dao động công suất (Power Swing), khi ngắn mạch gần nguồn có thể làm cho điện áp giàm quá thấp và các rơ le có thể không khởi động được, tổng trở của đường dây thay đổi khi có thiết bị bù (tụ bù dọc, kháng bù dọc, thiết bị bù ngang)và ảnh hưởng của hỗ cảm giữa các đường dây.