So lệch dòng điện

L ỜI CẢM ƠN

3.4.1 So lệch dòng điện

3.4.1.1 Nguyên tắc tác động

Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch giữa hai dòng điện vượt quá trị số cho trước (giá trị khởi động) thì bảo vệ sẽ tác động.

Là loại bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối, vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt của hai tổ máy biến dòng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh. Sơ đồ nối các phần tử như Hình vẽ 3-14 còn được gọi là sơ đồ dòng điện tuần hoàn hay dòng điện so lệch.

I  T1 I  T2 I  R T1 T2 I I I I         T1 I  T2 I  T1 I  T2 I 

Hình vẽ 3-14: Bảo vệ so lệch dòng điện a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véctơ dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và trong chế độ bình thường, c) Khi ngắn mạch trong vùng. Dòng điện so lệch chạy qua rơ le: ISL IIT1IT2 IR

Tình trạng làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (điểm N1).

Trong trường hợp lý tưởng (giả sử các biến dòng điện giống hệt nhau và không có sai số) ta có: IS1IS2 nên 2 T 1 T I I 

  và dòng điện đi vào rơle: I I I 0

2 T 1 T R    nên bảo vệ so lệch

dòng điện không tác động (đồ thị véc tơ Hình vẽ 3-14-b).

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (N2)

Trường hợp có hai nguồn cung cấp thì IS1IS2cả về trị số và góc pha, do đó các dòng

điện thứ cấp cũng khác nhau IT1IT2 và dòng điện vào rơ le: I I I 0

2 T 1 T R     .

Nếu IR Ikđđ  bảo vệ sẽ tác động cắt các máy cắt của phần tử được bảo vệ. Đồ thị véc tơ dòng điện như Hình vẽ 3-14-c.

Trường hợp nguồn chỉ có từ một phía (SB = 0)

Khi đó dòng điện chạy qua rơ le là:IR IT1, nếu

kđ

R I

I  thì bảo vệ sẽ tác động.

3.4.1.2 Chọn dòng điện khởi động

Trong các sơ đồ bảo vệ so lệch, các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng điện phải nối sao cho khi bình thường và khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện qua rơ le IR = 0, còn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện qua rơ le IR bằng dòng điện ngắn mạch tổng ở phía thứ cấp IN.

Trên thực tế, do sai số của máy biến dòng, đặc biệt do hiện tượng bão hoà của mạch từ, nên trong chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứ cấp của hai tổ máy biến dòng BI1 và BI2 sẽ khác nhau và:

0 I I I IR T1T2  Kcb  

Do đó dòng điện khởi động sẽ được tính toán như sau: max Kcbtt at kđ k I I 

trong đó: dòng điện không cân bằng phụ thuộc các yếu tố sau: Ikcbttmax =fimax.kđn.kkck.INngoàimax

fimax: là sai số cực đại cho phép của BI (fimax =10%) kđn: Hệ số đồng nhất của BI (=0÷1)

kkck là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch

INngoàimax là thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch lớn nhất

3.4.1.3 Các biện pháp nâng cao độ nhạy

Để ngăn ngừa bảo vệ so lệch làm việc không chọn lọc dưới ảnh hưởng của IKcb, thường dùng các biện pháp để giảm dòng điện không cân bằng như dùng biến dòng bão hoà trung gian, sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ bằng dòng điện pha hoặc các hài bậc cao (xuất hiện trong quá trình quá độ và khi mạch từ bị bão hoà).

Khi sử dụng nguyên lý so lệch dòng điện để bảo vệ máy biến áp và biến áp tự ngẫu, cần chú ý đến khả năng bảo vệ so lệch có thể làm việc sai khi đóng máy biến áp không tải.

Tuỳ thuộc thời điểm đóng máy cắt nối máy biến áp không tải với nguồn điện mà trị số ban đầu (xung kích) của dòng điện từ hoá máy biến áp có thể đạt trị số lớn gấp nhiều lần dòng điện định mức của máy biến áp. Trường hợp xấu nhất (I lớn nhất) sẽ xảy ra khi đóng máy cắt điện vào thời điểm điện áp nguồn có trị số tức thời qua điểm 0. Khi quá trình quá độ chấm dứt, dòng điện từ hoá (I) trở lại trị số bình thường (khoảng vài phần trăm dòng điện định mức).

Do dòng điện từ hoá chỉ chạy ở phía cuộn dây máy biến áp nối với nguồn khi máy biến áp đang ở chế độ không tải nên dòng điện ở cuộn dây bên kia bằng không. Bảo vệ so lệch máy biến áp có thể tác động nhầm (lúc này tương đương với trường hợp ngắn mạch trong máy biến áp có nguồn cung cấp từ một phía).

Để phân biệt trường hợp đóng máy biến áp không tải với trường hợp ngắn mạch trong máy biến áp, người ta dựa vào tính chất của dòng điện từ hoá xung kích và dòng điện ngắn mạch trong máy biến áp.

Qua phân tích sóng hài của hai dòng điện này ta thấy: Dòng điện từ hoá xung kích chứa phần lớn hài bậc hai (khoảng 70% so với hài cơ bản) và có thể đạt trị số cực đại đến khoảng 30% trị số của dòng sự cố. Do đó có thể sử dụng hãm bổ sung bằng hài bậc hai (f2 = 100Hz) của dòng điện quá độ đưa vào bảo vệ so lệch cho máy biến áp. Sơ đồ nguyên lý như Hình vẽ 3-15 dùng ba biến dòng phụ:

trong đó:

BILV : để lấy ra dòng điện làm việc (hay dòng điện so lệch : ISL IT1IT2) BIH : để lấy ra dòng điện hãm (IH IT1IT2)

BIL : để lọc hài bậc hai trong dòng điện so lệch đưa vào hãm bổ sung trong bộ so sánh pha.

Nguyên lý hãm bổ sung bằng hài bậc hai hiện nay đang được sử dụng để chế tạo các rơ le bảo vệ máy biến áp.

Hình vẽ 3-15: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm bổ sung bằng dòng điện hài bậc hai dùng cho bảo vệ máy biến áp hai dây quấn