Nguyên tắc hoạt động: Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá một giá trị định trước. Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia làm hai loại:
Bảo vệ dòng điện cực đại, ký hiệu 51, 51N hoặc I>, I0>
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh, ký hiệu 50, 50N, hoặc I>>, I0>>
2.1.1 Bảo vệ dòng điện cực đại
Chọn dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại.
Theo nguyên lý của bảo vệ, dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện phụ tải cực đại ILv.max của đường dây được bảo vệ. Tuy nhiên việc chọn dòng điện khởi động còn phụ thuộc vào nhiều điều kiện nặng nề hơn.
Xét trường hợp chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ số 1 đặt trên đoạn AB của mạng điện trên hình vẽ. Bình thường HTĐ làm việc với phụ tải cực đại, dòng điện qua bảo vệ là ILv.max. Tại thời điểm t1 xảy ra ngắn mạch tại điểm N, các bảo vệ 1 và 2 cùng khởi động. Đến thời điểm t2 bảo vệ 2 tác động (vì t2 < tl) cắt ngắn mạch. Điện áp trên thanh góp B được phục hồi, một số động cơ đặt gần đấy tự hãm trong thời gian ngắn mạch do điện áp sụt, lại tự mở máy và qua bảo vệ 1 có dòng điện tự mở máy Im.m.max lớn hơn dòng điện Ilvmax:
Im.m.max = kmm . Ilvmax
Trong đó : kmm: là hệ số tự mở máy của các động cơ có trị số phụ thuộc vào loại động cơ, vị trí tương đối giữa chỗ đặt bảo vệ và các động cơ, sơ đồ HTĐ và một số yếu tố khác, thông thường kmm = 2 - 3
Tuy có dòng điện Imm max chạy qua tại thời điểm t2, bảo vệ 1 vẫn phải trở về. Muốn vậy, dòng điện trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện mở máy cực đại, nghĩa là:
Iv = kat .kmm .Ilvmax
trong đó: kat là hệ số an toàn, thường lấy kat = 1,1 - 1,2.
Từ quan hệ giữa dòng điện trở về IV và dòng điện khởi động Ikđ: Từ đó tính được dòng điện khởi động của bảo vệ: lvmax
2.1.2 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo.
Hình 2.1: Nguyên lý bảo vệ quá dòng cắt nhanh.
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s) để tránh cho bảo vệ làm việc mất chọn lọc khi có giông sét và thiết bị chống sét tác động. Bảo vệ dòng điện cắt nhanh có nhược điểm là không bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi có ngắn mạch ở cuối phần tử (N1) bảo vệ cắt nhanh không tác động, mặt
khác vùng tác động của bảo vệ LCN có thể thay đổi nhiều khi chế độ của hệ thống và dạng ngắn mạch thay đổi.
Nhược điểm chung của nguyên lý quá dòng điện là không đảm bảo được tính chọn lọc của bảo vệ trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp.
2.1.3 Bảo vệ dòng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp
Trong nhiều trường hợp bảo vệ quá dòng điện có thời gian với dòng điện khởi động chọn theo Ilvmax có thể không đủ độ nhậy, vì dòng điện làm việc cực đại Ilvmax chạy qua phần tử được bảo vệ có trị số quá lớn, chẳng hạn khi tách mạch vòng của lưới điện, khi cắt một số đường dây hoặc máy biến áp làm việc song song.
Trong một số lưới điện với nguồn công suất ngắn mạch yếu không đủ độ nhậy.
Trong điều kiện như vậy, để nâng cao độ nhậy của bảo vệ quá dòng điện có thời gian, đảm bảo cho bảo vệ có thể phân biệt được ngắn mạch và quá tải, người ta thêm vào sơ đồ bảo vệ bộ phận khoá điện áp thấp.
Hình 2.2: Bảo vệ quá dòng có kết hợp kiểm tra điện áp thấp.
Bảo vệ quá dòng (I>) sẽ được phối hợp với bộ phận kiểm tra điện áp thấp (U<) theo lô gích "và" (&).
Khi có ngắn mạch dòng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ tăng cao còn điện áp thì giảm thấp, hai sự kiện này xảy ra đồng thời, bảo vệ sẽ tác động. Còn khi quá tải dòng điện có thể vượt quá giá trị chỉnh định tuy nhiên điện áp chỉ giảm ít, bộ khoá điện áp thấp không làm việc nên bảo vệ không tác động.
2.1.4 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện
Là loại bảo vệ đơn giản nhất, được sử dụng sớm nhất, do đó nó có những đặc điểm sau:
Tính tin cậy: đơn giản, làm việc khá tin cậy
Tính chọn lọc: bảo vệ hoàn toàn phần tử được bảo vệ, nhưng đối với bảo vệ dòng điện cắt nhanh còn có vùng chết. 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
Tính tác động nhanh: nhìn chung có thời gian tác động lớn
Độ nhạy: Nhìn chung có độ nhạy không cao, nhất là khi chọn dòng điện khởi động theo điều kiện dòng mở máy động cơ.
Do đó thông thường bảo vệ quá dòng chỉ làm bảo vệ chính cho các mạch hình tia, ở lưới điện phân phối. Đối với các thiết bị quan trọng như Máy phát điện, máy biến áp, đường dây truyền tải cao áp thì các bảo vệ quá dòng thường chỉ được dùng như bảo vệ dự phòng.