Training f50, f21, f87t 26 8 2020

Nguyên l{ bảo vệ quá dòng có thời gian Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập: Thời gian làm việc trễ của bảo vệ không phụ thuộc vào độ lớn dòng ngắn mạch Thời gian làm việc +

Phòng Kỹ thuật

NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Nha Trang, 10/29/22

PHẦN I: BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

Nguyên lý

bảo vệ

quá dòng

điện

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng có thời gian (51)

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50)

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng kết hợp khóa điện

áp thấp (51V)

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng thứ tự không (51N & 50N)

Nguyên l{ bảo vệ quá dòng có thời gian

 Bảo vệ quá dòng (I> hoặc 50 & 51):

Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha & ba pha và sự cố chạm đất.

 Bảo vệ khởi động khi:

Dòng điện của một pha, hai pha hoặc cả ba pha vượt quá một giá trị

đã được cài đặt trước trong rơle.

 Có thể làm việc với thời gian trễ để đảm bảo tính chọn lọc

 Thời gian trễ có thể là độc lập so với dòng điện hoặc phụ thuộc vào dòng điện hai loại đặc tính thời gian tác động

Nguyên l{ bảo vệ quá dòng có thời gian

 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian làm việc (trễ) của bảo vệ không phụ thuộc vào độ lớn dòng ngắn mạch

Thời gian làm việc

+ t làm việc không đổi theo dòng điện

I khởi động I qua rơle

Nguyên l{ bảo vệ quá dòng có thời gian

Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc:

Thời gian làm việc: phụ thuộc tỷ lệ nghịch vào độ lớn của dòng điện ngắn mạch

Trong thực tế thì thời gian tác động tỷ lệ với tỷ số I ngắn mạch / I khởi động

Tính toán dòng khởi động

Điều kiện

 Phải không khởi động ở chế độ bình thường

 Phải khởi động với dòng sự cố nhỏ nhất (đủ

nhạy)

 Đảm bảo tính chọn lọc

 Xét lưới điện có hai phân đoạn

Dòng làm việc giả thiết đang lớn nhất (I lvmax)

TG2 TG1

ĐC

Khuyến cáo

I> 1 I lv max I> 2

ĐC

3.

2 Điện áp TG2 giảm đi các động cơ giảm tốc độ

BV1 & BV2 khởi động đếm thời gian

Tại thời điểm t2: BV2 cắt máy cắt, loại trừ sự cố

1 Dòng điện giảm đi do sự cố đã được loại trừ

2 Điện áp TG2 hồi phục các động cơ mở máy trở lại 

xuất hiện dòng điện mở máy lớn

3 Dòng điện mở máy giảm dần theo thời gian đến giá trị

ổn định BV1 phải dừng đếm thời gian dù đang

có dòng mở máy ->BV1 phải trở về

BV1 & BV2 khởi

động Dòng ngắn mạch bị cắt Xuất hiện dòng mở máy

BV1 phải trở về - Dừng đếm thời gian

phải chọn

I tv của BV1 > I mở máy

 Để đảm bảo điều kiện I tv > I mở máy ta đặt I tv =K at *I mở máy

 Hệ số an toàn Kat tùy chọn: Kat=1,1÷1,3

 Biểu diễn dòng mở máy theo dòng làm việc lớn nhất: I mở máy = K mm *I lv max

 Hệ số mở máy K mm tùy thuộc vào nhiều yếu tố: ví trị đặt động cơ so với vị trí đặtbảo vệ, số lượng, chủng loại động cơ

Tính toán thời gian làm việc

 Đảm bảo tính chọn lọc giữa các bảo vệ bằng phân cấp thời gian

 Tên gọi: bảo vệ quá dòng làm việc có thời gian (I> hay 51)

 Nguyên tắc:

Khi có sự cố có thể nhiều bảo vệ cùng khởi động

Tuy nhiên, bảo vệ gần chỗ sự cố nhất sẽ phải tác động trước

Tính toán thời gian làm việc

BV2 phải tác động loại trừ sự cố, BV1 khi đó sẽ trở về đặt thời gian

t BV2 <t BV1 hoặc có thể viết t BV1 =t BV2 + ∆t

Bậc phân cấp thời gian ∆t=0.3÷0.6 giây tính tới các yếu tố:

 Sai số thời gian của rơle : rơle không thể vận hành chính xác đúng theo đặc tính lý thuyết đã xây dựng

 Thời gian cắt máy cắt : do nhà sản xuất cung cấp

 Thời gian quá tác động của rơle (overshoot): là hiện tượng rơle đã được ngắt điện nhưng vẫn tiếp tục vận hành thêm một khoảng thời gian rất ngắn nữa.

Lý do: các rơle vẫn còn lưu trữ năng lượng: với rơle cơ thì đĩa quay có quán tính, rơle tĩnh vẫn còn năng lượng tích lũy trong tụ điện…

 Sai số của biến dòng: các BI có sai số rơle vận hành nhanh hơn hoặc chậm hơn (nếu rơle sử dụng đặc tính độc lập thì không cần xét tới yếu tố này).

 Thêm một phần thời gian dự trữ

Nếu nhiều phân đoạn: làm tăng thời gian loại trừ sự cố của các bảo vệ gần nguồn nhược điểm

 Sử dụng đặc tính phụ thuộc

 Standard Inverse (SI): dốc tiêu chuẩn

 Very Inverse (VI): rất dốc

 Extremely Inverse (EI): cực kz dốc

Nguyên lý bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50 hay

I>>)

 Nguyên tắc: đảm bảo tính chọn lọc bằng phân cấp dòng điện

 Sự cố tại phân đoạn nào: chỉ bảo vệ tại đó được phép khởi động

Các bảo vệ không cần phối hợp thời gian

Thời gian tác động đặt xấp xỉ 0 giây (thường từ 50 80ms) tên gọi: bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50 hay I>>)

Do cách chọn lọc bằng dòng điện dòng điện khởi động tính theo:

I kđ =K at *I ngắn mạch ngoài vùng max (Hệ số Kat=1,1 1,2)

Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng không sử dụng làm bảo vệ chính

Nguyên l{ bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50 hay I>>)

 Vùng được bảo vệ cắt nhanh

I kđ =K at *I ngắn mạch ngoài vùng max (Hệ số Kat=1,1 1,2)

I N

I kđ BV1

I kđ BV2

I nmax L cắt nhanh min =0

L cắt nhanh max

Phân biệt chức năng I> & I>> (51 & 50)

Bảo vệ quá dòng

Khởi động khi: I ngắn mạch >I khởi động

Bảo vệ quá dòng có thời gian

(I> hay 51)

 Dòng khởi động tính theo dòng

làm việc lớn nhất (I lvmax )

 Khi xảy ra sự cố ở có thể cả bảo

vệ tại chỗ và bảo vệ phía trên

 Khi xảy ra sự cố: chỉ bảo vệ tại phân đoạn sự cố khởi động

 Không cần phối hợp thời gian (cắt nhanh)

 Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng chỉ là bảo vệ dự phòng

Bảo vệ quá dòng có khóa điện áp thấp (51&27)

 Tên gọi khác 51V

 Lý do sử dụngĐường dây dài Dòng ngắn mạch cuối

đường dây nhỏ Dòng khởi động

Khi sự cố: điện áp giảm thấp hơn

Khi quá tải (nặng): điện áp vẫn nằm trong ngưỡng cho phép

Bảo vệ quá dòng có khóa điện áp thấp (51&27)

 Tên gọi khác 51VKhông có khóa điện áp (51) Có khóa điện áp thấp (51 & 27)

Bảo vệ quá dòng thứ tự không (I0> hay 51N)

 Sử dụng bộ lọc dòng điện thứ tự không

 Tính toán dòng khởi độngỞ chế độ bình thường:

 Lý thuyết: dòng qua rơle bằng 0

 Thực tế: do các BI có sai số dòng điện qua rơle khác 0

I a + I b + I c = 3I 0

 Để rơle không tác động: đặt dòng khởi động lớn hơn dòng điện sinh ra do sai

số này

 Giá trị cài đặt: Ikhởi động 51N=(0,1÷0,3)Iđịnh mức BI

Chế độ sự cố: dòng điện qua rơle tăng gấp nhiều lần bảo vệ tác động

Do giá trị khởi động đặt thấp bảo vệ có độ nhạy cao

Bảo vệ quá dòng thứ tự không (I0> hay 51N)

 Thời gian làm việc:

Phối hợp với các bảo vệ quá dòng thứ tự không khác

I a + I b + I c = 3I 0

 Ảnh hưởng của các thành phần sóng hài bậc 3: rơle sẽ có thể tác động nhầm nếu thành phần sóng hài này đủ độ lớn

Ví dụ: bảo vệ quá dòng cho một ngăn lộ

A

B C

Ví dụ: bảo vệ quá dòng cho một ngăn lộ

A

B

C

I> I> I>

I>> I>> I>>

I 0 >

I 0 >>

 Nguyên lý bảo vệ quá dòng có hướng (67)

 Các phần tử của bảo vệ quá dòng có hướng

 Sơ đồ đấu nối phần tử định hướng công suất

 Lựa chọn góc đặc tính của phần tử định hướngBảo vệ quá dòng có hướng (67)

Bảo vệ quá dòng thứ tự không có hướng (67N)

 Lưới có trung tính nối đất

 Lưới có trung tính cách điện

 Để đảm bảo chọn lọc: yêu cầu BV3 tác động trước BV2 phải đặt t BV3 <t BV2

 Sự cố xảy ra tại N2: có thể BV2 & BV3 khởi động

N2

HT1 I> 1 2 I> I> 3 4 I> I> 5 6 I> HT2

t BV3 >t BV2

 Để đảm bảo chọn lọc: yêu cầu BV2 tác động trước BV3 phải đặt t BV2 <t BV3

 Mâu thuẫn: không thể cài đặt thời gian cho các bảo vệ

Sự cần thiết

 Giải pháp: sử dụng bảo vệ quá dòng loại có định hướng

 Bảo vệ qúa dòng có hướng chỉ tác động khi:

Dòng điện chạy qua bảo vệ theo hướng qui định (hướng dương -thường qui ước từ thanh góp đường dây) +

-I> = -I> + W

Có thể phân chia ra 2 nhóm bảo vệ

HT1 I> 1 2 I> I> 3 4 I> I> 5 6 I> HT2

Sự cần thiết

 Về phương diện bảo vệ rơle: Đường dây hai nguồn cấp hai mạch hình tia

HT1 I> 1 2 I> I> 3 4 I> I> 5 6 I> HT2

t BV1 =t BV3 + ∆t 1,5 t BV3 =t BV5 + ∆t 1 t BV5 0,5

0,3 t BV2 0,8 t BV4 =t BV2 + ∆t 1,3 t BV6 =t BV4 + ∆t

Các phần tử của bảo vệ quá dòng có hướng

 Bảo vệ quá dòng có hướng

Bảo vệ quá dòng

Bộ định hướng công suất

 Bộ định hướng công suất:

Thành phần tham chiếu

Thành phần cần xác định hướng

Vecto điện áp thường được dùng

làm đại lượng tham chiếu

Sơ đồ đấu nối bộ phận định hướng

 Bộ định hướng công suất:

Được đấu nối đảm bảo: rơle có đủ độ

nhạy và tác động đúng trong mọi trường

 Điện áp dây của hai pha còn lại

Giả thiết cosφ=1 hay φ=0 0 thì điện áp tham chiếu và dòng điện tạo với nhau góc 90 0 

chính là tên gọi của sơ đồ

Sơ đồ đấu nối bộ phận định hướng

 Lý do chọn điện áp là đại lượng tham chiếu:

Khi xảy ra sự cố ba pha: điện áp giảm thấp, nếu sử dụng điện áp pha thì rơle định hướng có thể không đủ độ nhạy, sử dụng điện áp dây

sẽ tăng được giá trị điện áp đưa vào rơle.

Khi xảy ra sự cố pha-pha ví dụ giữa pha 1 & 2: điện áp U 12 có thể rất thấp (có thể bằng 0 nếu sự cố gần bảo vệ) rơle định hướng không

đủ độ nhạy, trong khi đó điện áp U 23 vẫn còn đủ lớn phải sử dụng điện áp dây với pha không sự cố còn lại để làm điện áp tham chiếu.

Vùng hoạt động của bộ định hướng công suất

 Vùng hoạt động của rơle định

hướng:

Đặc tính hoạt động của phần tử định

hướng chia ra hai vùng: vùng khóa và

vùng cho phép

 Xác định đường phân chia giữa vùng khóa và vùng cho phép

Lấy vecto điện áp tham chiếu (ví dụ U 23 ) làm chuẩn

Xác định đường thẳng tạo với vecto điện áp tham chiếu một góc  (góc đặc tính của phần tử định hướng, thông thường có thể lấy một trong các giá trị 30 0 , 45 0 hoặc 60 0 ), đường thằng này còn gọi là đường có độ nhạy lớn nhất Đặc tính góc 45 0 được sử dụng phổ biến nhất cho các rơle số hiện nay.

Xác định đường có độ nhạy cực đại và độ nhạy bằng không

Vùng hoạt động của bộ định hướng công suất

Các sơ đồ đấu nối bộ phận định hướng

Đặc tính góc 90 0 -30 0 và 90 0 - 45 0 (đặc tính 90 0 -60 0 xác định tương tự)

Lựa chọn góc cho bộ phận định hướng

Tại sao gócđược sử dụng

 Sử dụng vecto điện áp tham chiếu là điện áp dây với pha không liên quan tới sự cố sẽ đảm bảo rơle luôn có đủ độ nhạy để tác động

 Tuy nhiên sơ đồ đấu nối đơn giản như vậy sẽ không cho độ nhạy tối đa trong các trường hợp sự cố

 Do đó, thay vì sử dụng điện áp nguyên thủy với góc 90vecto điện áp này lại được làm lệch pha đi một lượng 0 thì

 Lý do làm lệch vecto điện áp một lượng 0 liên quan đến vấnđề: dòng điện sẽ bị dịch pha (so với chế độ bình thường) khi xảy ra sự cố

Lựa chọn góc cho bộ phận định hướng

Tại sao gócđược sử dụng

Rơle

 Lưới trung áp thì tỷ lệ R/X từ nguồn đến điểm ngắn mạch thường

Lựa chọn góc cho bộ phận định hướng

Tại sao gócđược sử dụng

Lựa chọn góc cho bộ phận định hướng

Tại sao gócđược sử dụng

Rơle

 Tính toán tương tự cho các trường hợp sự cố không đối xứng khác với điểm sự cố “di chuyển” từ vị trí A đến vị trí B Xác định góc giữa dòng điện sự cố và vecto điện áp tham chiếu trong các trường hợp đó, kết quả cuối cùng được biểu diễn như hình vẽ

Lựa chọn góc cho bộ phận định hướng

Nhận xét

 Khi sự cố xảy ra thì dòng điện sự cố I 1 luôn nằm hai bên của đường thẳng 45 0 (so với điện áp tham chiếu), do đó sử dụng sơ đồ 45 0 sẽ đảm bảo phần tử định hướng có độ nhạy lớn nhất.

 Sơ đồ 45 0 có thể sử dụng cho hầu hết mọi trường hợp

 Sơ đồ 30 0 : sử dụng cho các xuất tuyến có tỷ số X/R cao (tuyến cáp với tiết diện lớn…)

 Sơ đồ 60 0 : sử dụng cho các xuất tuyến có tỷ số X/R thấp (tuyến cáp với tiết diện nhỏ…).

Bảo vệ quá dòng thứ tự không có hướng (67N)

 Nguyên lý hoạt động của bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng hoàn toàn tương tự với nguyên lý quá dòng pha có hướng, cụ thể bảo vệ sẽ tác động khi:

I 0 : vượt quá ngưỡng khởi động

Góc pha của dòng điện so với điện áp tham chiếu nằm trong vùng cho phép

Điện áp tham chiếu sử dụng: V 0

 Đặc tính định hướng

Đặc tính định hướng – Lưới trung tính nối đất

 Bảo vệ quá dòng TTK có hướng phải:

Phân biệt dòng trên lộ sự cố & dòng điện dung trên các lộ còn lại

Đặc tính định hướng – Lưới trung tính nối đất

 Điện áp TTK đo được khi sự cố một pha chạm đất

Giả thiết sự cố pha 1 -V 1 V 2

 Điện áp pha-đất đo được của pha 1: V M1 =0

 Điện áp pha-đất đo được của pha 2: là điện áp pha-pha

V M2 =V 2 -V 1

 Điện ápTTK đo được: V 0 =V M1 + V M2 + V M3 = 0+(V 2 -V 1 )+(V 3 -V 1 )

V 0 = -3V 1 = V 1 +V 2 +V 3 -3V 1 = -3V 1 (do V 1 +V 2 +V 3 =0)

Đặc tính định hướng – Lưới trung tính nối đất

 Dòng điện đo trên lộ sự cố

Đặc tính định hướng – Lưới trung tính nối đất

PHẦN II: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

 Đặc tính làm việc – Cài đặt các vùng bảo vệ

 Thuật toán tính toán tổng trở

 Phối hợp liên động các bảo vệ khoảng cách

 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo

vệ khoảng cách

 Phương thức định vị sự cố

Dựa trên tín hiệu đo lường từ một đầu

Dựa trên tín hiệu đo lường đồng bộ hai đầu

 Tổng trở gồm hai thành phần R & X: để thuận tiện phân tích sẽ

sử dụng mặt phẳng tổng trở để biểu diễn sự làm việc của bảo

Nguyên l{ hoạt động

Xét sơ đồ đơn giản:

Tính toán tổng trở rơle đo được trong các chế

Z pt

R

Nguyên l{ hoạt động

Xét sơ đồ đơn giản:

Tính toán tổng trở rơle đo được trong các chế

độ

ZR(sc)=Z Dsự cố =50%Z D < Z D

Điểm sự cố di chuyển vào

đường tổng trở đường dây

50%Z D

Z D

Z D +Z pt

Điểm làm việc lúc bình thường

Điểm làm việc khi sự

Z pt cố

R

Nguyên l{ hoạt động

Đặc tính làm việc của rơle khoảng cách

 Điểm làm việc lúc bình thường và khi sự cố: khi sự cố điểm làm việc luôn rơi vào đường tổng trở đường dây có thể chỉ cần chế tạo đặc tính tác động của rơle là một đường thẳng trùng với đường tổng trở đường dây

jX

Đặc tính tác động là một đường thẳng

Z D

Z D +Z pt

Điểm làm việc lúc bình thường 50%Z D

Điểm làm việc khi sự

Z pt cố

R

Nguyên l{ hoạt động

Đặc tính làm việc của rơle khoảng cách

 Do sai số, do sự cố có thể xảy ra qua các tổng trở trung gian nên giá trị rơle đo được khi sự cố có thể rơi ra lân cận đường tổng trở đường dây.

 Nếu chỉ chế tạo đặc tính tác động là một đường thẳng thì rơle có thể

sẽ không làm việc trong các trường hợp này Để khắc phục thì các nhà chế tạo thường cố ý mở rộng đặc tính tác động về cả hai phía của đường dây trở thành vùng tác động.

Điểm sự cố rơi ra

ngoài rơle không tác động

R

Đặc tính tác động được mở rộng

Z D

Z D +Z pt

Điểm làm việc lúc bình thường

Điểm sự cố rơi vào vùng tác động

R

Đặc tính làm việc

 Đặc tính làm việc: biểu diễn trên mặt phẳng tổng trở X

R- Giá trị đo được rơi vào trong đặc tính: rơle khởi động

o Đặc tính MhO: được trang bị cho các role

thế hệ cũ do vấn đề hạn chế về công nghệ

chế tạo

o Rơle đời mới: đặc tính làm việc chia ra

nhiều vùng hơn, bám sát đặc tính của đối

tượng cần bảo vệ

o Cùng một đường dây cần bảo vệ & điện

trở hồ quang: đặc tính tứ giác hoạt động

chọn lọc hơn

Cài đặt các vùng bảo vệ

Các vùng cài đặt của bảo vệ khoảng cách

 Thường được chỉnh định với 3 vùng tác động

 Vùng I: tác động tức thời

 Vùng II & III: tác động có trễ theo nguyên tắc phân cấp thời gian, phối hợp với các bảo vệ liền kề

Cài đặt các vùng bảo vệ

 Vùng 1 (Z1): bảo vệ khoảng 80-90% đường dây AB (đảm bảo để sự cố sát thanh góp B (F2, F3, F4) không bị rơi vào vùng 1 của BV1)

 Không thể cài đặt để bảo vệ 100% đường dây:

 Sai số của BI, BU: BI có thể bị bão hòa và ảnh hưởng tới độ chính xác của tổng trở

đo được.

 Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

 Tính toán tổng trở dựa trên giả thuyết: bỏ qua điện dung đường dây, các pha đảo pha tuần tự tuy nhiên thực tế điều này không thể hoàn toàn chính xác.