2.2.1 Nguyên tắc hoạt động
Trong các mạng hình vòng một nguồn cung cấp (Hình vẽ a,b) hoặc trong các mạng có hai đầu cung cấp (Hình vẽ c) bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp có thể không bảo đảm cắt ngắn mạch một cách chọn lọc.
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống với nhiều nguồn cấp.
Ví dụ khi ngắn mạch trên đoạn AB (tại N'1) của các mạng đó, để bảo đảm tính chọn lọc, bảo vệ 2 phải có thời gian làm việc t2 bé hơn thời gian làm việc t3 của bảo vệ 3. Mặt khác, khi ngắn mạch trên đoạn BC (tại N"2), muốn cắt có chọn lọc lại phải chọn t3 < t2. Cùng một lúc không thể thực hiện được hai yêu cầu ngược nhau đó. Vì thế bảo vệ dòng điện cực đại không thể dùng được trong các mạng kể trên.
Để bảo đảm cắt ngắn mạch có chọn lọc trong các mạng hở hai nguồn cung cấp người ta dùng bảo vệ có hướng:
Bảo vệ dòng điện có định hướng công suất là loại bảo vệ làm việc theo trị số của dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ và góc lệch pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ.
Bảo vệ tác động khi dòng điện vượt quá một giá trị định trước (giá trị khởi động) và pha của nó phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ (khi công suất ngắn mạch qua bảo vệ đi từ thanh góp ra đường dây). Về mặt bản chất: bảo vệ dòng điện có định hướng công suất là sự kết hợp giữa bảo vệ quá dòng và bộ phận định hướng công suất ngắn mạch.
Hình 2.4: Nguyên lý của bảo vệ quá dòng có hướng.
2.2.2 Phần tử định hướng công suất
Là phần tử dùng để xác định chiều của dòng công suất ngắn mạch đi qua bảo vệ. Khi có thêm bộ phận định hướng công suất, các bảo vệ quá dòng được chia làm hai nhóm, mỗi nhóm chỉ tác động theo một hướng công suất (dòng điện) nhất định.
Ví dụ trên các lưới điện như hình vẽ a,b, các bảo vệ 1, 3, 5 (nhóm lẻ) chỉ phản ứng với dòng ngắn mạch I’N, còn các bảo vệ 2, 4, 6 (nhóm chẵn) chỉ phản ứng với dòng ngắn mạch I’’N, đều có hướng từ thanh góp ra đường dây.
Trong một số trường hợp ngắn mạch ba pha trực tiếp gần chỗ đặt bảo vệ, điện áp trên thanh góp có thể giảm xuống rất thấp, dưới ngưỡng làm việc của thiết bị định hướng. Khi đó bảo vệ sẽ không làm việc được, trường hợp như vậy gọi là ngắn mạch trong vùng chết (theo điện áp) của bảo vệ. Để giảm và loại trừ vùng chết phải chế tạo bộ phận định hướng có độ nhạy cao với ngưỡng làm việc của bộ phận điện áp rất bé, hoặc nối bộ phận định hướng qua thiết bị ghi nhớ điện áp trước khi sự cố.
Trên thực tế để bảo đảm tính chọn lọc trong các lưới điện như Hình vẽ a,b,c không phải đặt bộ phận định hướng ở tất cả các bảo vệ. Để đảm bảo tính chọn lọc, bộ phận dịnh hướng công suất chỉ cần đặt ở bảo vệ nào có thời gian làm việc bé hơn. Với một phần tử i, j nào đó trong lưới điện, chẳng hạn ti < tj, bộ phận định hướng công suất sẽ đặt tại bảo vệ i. Nếu ti = tj thì không cần đặt ở cả hai đầu.
Để chống ngắn mạch không đối xứng, người ta thường sử dụng những bảo vệ phản ứng theo thành phần đối xứng của dòng (I2, I0), áp (U2, U0) và công suất tương ứng ( W2, W0 ).
Các bộ phận định hướng công suất thứ tự nghịch ( W2 ) và thứ tự không ( W0) được đấu qua bộ lọc dòng và áp thứ tự nghịch và thứ tự không tương ứng có xét đến đặc tính khởi động theo góc pha của các thành phần đối xứng.
Hình 2.5: Cài đặt cho bảo vệ quá dòng có hướng.
2.2.3 Đặc điểm bảo vệ dòng điện có định hướng công suất
Tính tin cậy: đơn giản, làm việc khá tin cậy, và cần thêm bộ định hướng công suất
Tính chọn lọc: Bảo vệ hoàn toàn phần tử được bảo vệ, Sự phối hợp làm việc khó khăn nhất là trong các mạch phức tạp như mạch vòng, nhiều nguồn. Là loại bảo vệ có tính chọn lọc tương đối. Trong một số lưới điện phức tạp như hình vẽ, dù có
đặt thêm bộ phận định hướng công suất bảo vệ quá dòng vẫn không đảm bảo được tính chọn lọc.
Đối với mạng điện như trường hợp này phải dùng những nguyên lý khác để bảo vệ.