nghiên cứu ứng dụng của rơle sel-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại cho máy biến áp lực

4 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch  Tác động nhanh Sự cố cần được loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế đến mức tối đa thiệthại và giữ sự ổn định cho các máy phát làm việc song song tro

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệpcũng như trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người Để đảm bảo sảnlượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điệncho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trongtoàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phươngtiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thốngđiện

Trong các phương tiện đó, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vaitrò rất quan trọng Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào

hệ thống cũng hoạt động bình thường ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tìnhtrạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải, mànguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan Hệ thống rơle sẽ phát hiện và

tự động bảo vệ các sự cố, tình trạng làm việc bất bình thường của hệ thống, để

từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời

Hiện nay, dưới sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo

vệ rơle ngày càng hiện đại, có nhiều chức năng, tác động chính xác hơn và đãkhắc phục được những nhược điểm của rơle điện cơ Ở nước ta ngày nay, xuhướng sử dụng rơle số để dần thay thế cho các rơle điện cơ và rơle tĩnh đã quá

cũ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác

Đề tài “nghiên cứu ứng dụng của rơle SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại cho máy biến áp lực” nhằm mục đích tìm hiểu và nghiên cứu một

số thiết bị bảo vệ rơle số đang và sẽ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống cungcấp điện, mà đại diện là rơle SEL-551

 Chương 1: Đại cương về máy biến áp.

 Chương 2: Bảo vệ máy biến áp.

 Phần 2 : Ứng dụng rơle số SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại.

Trong phần này cung cấp những kiến thức về bảo vệ quá dòng vàđóng lặp lại, nghiên cứu về rơle SEL-551 trong bảo vệ quá dòng vàđóng lặp lại Nội dung gồm các chương:

 Chương 1: Bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại.

 Chương 2: Ứng dụng rơle số SEL-551 trong bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại.

 Phần 3 : Kết luận và kiến nghị.

Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy cô,nghiên cứu những tài liệu liên quan cũng như đi tìm hiểu thực tế, thời gian thựchiện đề tài có hạn, cũng như kiến thức và kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơletrong hệ thống điện chưa nhiều nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏinhững thiếu sót Em rất mong được sự nhận xét và đóng góp của Thầy Cô

PHẦN 1: MỞ ĐẦU Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP

1 Khái niệm chung

2 Những định nghĩa cơ bản

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, dùng để biến đổi một hệ thốngdòng điện xoay chiều này - hệ thống sơ cấp thành một hệ thống dòng điện xoaychiều khác - hệ thống thứ cấp, nói chung, có những đặc tính khác, đặc biệt là,điện áp khác và dòng điện khác

Theo như nguyên lý thì, máy biến áp gồm có :

 Lõi thép do nhiều lá thép biến áp ghép lại

 Hai hay tổng quát hơn, một vài dây quấn liên hệ với nhau về điện từ, vàđặc biệt máy biến áp tự ngẫu liên hệ cả về điện

Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn; máy biến áp

có ba hoặc một vài dây quấn gọi là máy biến áp ba hoặc nhiều dây quấn Theoloại dòng điện người ta chia ra máy biến áp nhiều pha, là tập hợp tất cả các dâyquấn pha có cùng một điện áp và được xác định do chúng được nối lại với nhau.Một trong những dây quấn của máy biến áp đưa năng lượng dòng điện xoaychiều vào gọi là dây quấn sơ cấp, còn dây quấn kia đưa năng lượng ra gọi là dâyquấn thứ cấp Tương ứng với tên gọi các dây quấn, tất cả những lượng ứng vớidây quấn sơ cấp cũng được gọi là những lượng sơ cấp; và tất cả những lượngứng với dây quấn thứ cấp được gọi là những lượng thứ cấp

Dây quấn nối với lưới có điện áp cao hơn gọi là dây quấn điện áp cao (BH); dâyquấn nối với điện áp thấp hơn gọi là dây quấn điện áp thấp (HH) Nếu điện ápthứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp giảm, còn nếu lớn hơn –máy biến áp tăng

Máy biến áp mà có dây quấn là những đầu phân nhánh đặc biệt để biến thiên hệ

số biến đổi của máy biến áp gọi là máy biến áp có các đầu phân nhánh

Để ngăn cản tác hại của không khí đến cách điện của các dây và để cảithiện những điều kiện làm lạnh máy biến áp, lõi thép của máy biến áp cùng vớicác dây quấn trên nó được đặt trong một thùng chứa dầu máy biến áp Chúngđược gọi là những máy biến áp dầu, những máy biến áp này không ngâm trongdầu gọi là máy biến áp khô.

3 Các loại máy biến áp chính

Những loại máy biến áp quan trọng nhất là:

 Máy biến áp lực dùng để truyền tải và phân phối điện năng

 Những máy biến áp lực có công dụng đặc biệt như các máy biến ápchuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến

 Máy biến áp đo lường - dùng để nối vào mạch các dụng cụ đo lường

 Máy biến áp thí nghiệm - để tiến hành thí nghiệm

Như vậy phạm vi ứng dụng các máy biến áp rất rộng rãi Nhưng trong tất cả cáctrường hợp, những quá trình chính xác định sự làm việc của máy biến áp vàphương pháp nghiên cứu những hiện tượng xảy ra trong máy biến áp thực chấtđều giống nhau Vì vậy sau này khi nói đến máy biến áp, ta chỉ nói đến máy biến

áp cơ bản, đó chính là: máy biến áp điện lực hai dây quấn, một pha và ba pha

Những lượng định mức của máy biến áp là công suất, điện áp, dòng điện,

Tính trạng làm việc định mức của máy biến áp là tính trạng do xưởng chế tạo đãghi trên biển máy.

Công suất định mức của máy biến áp là công suất trên các cực của dây quấn thứcấp, nó được ghi trên biển máy

Điện áp sơ cấp định mức là điện áp ghi ở trên biển máy; nếu dây quấn sơ cấp cócác đầu phân nhánh thì điện áp định mức của nó được ghi một cách riêng rẽ chotừng đầu phân nhánh

Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp là những dòng điện ghitrên biển máy biến áp và được tính bằng các trị số ứng với các công suất địnhmức và điện áp định mức Trong đó, do hiệu suất của máy biến áp rất cao nêncông suất định mức của cả hai dây quấn bằng nhau

5 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Dây quấn sơ cấp có W1 vòng dây và dây quấn thứ cấp có W2 vòng dâyđược quấn trên lõi thép Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp,trong đó sẽ sinh ra dòng điện i1 Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông  móc vòng

với cả hai dây quấn, cảm ứng ra các s.đ.đ e1 và e2 Dây quấn thứ cấp có s.đ.đ sẽsinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là U2 Như vậy năng lượng của dòngđiện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông cũng làmột hàm số hình sin :

và nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1E1, U1E2; do

đó k được xem như là tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

khi trong tương lai không có phụ tải ở cấp điện áp ra thứ hai hoặc phụ tảicủa cấp này nhỏ hơn ( 10÷15) % công suất của máy biến áp

 Cũng vì lí do kinh tế nên máy biến áp 3 pha được dùng rộng rãi hơnnhóm 3 máy biến áp một pha Giá thành của máy biến áp 3 pha nhỏ hơn(20÷25)% tổng giá thành 3 máy biến áp một pha

 Còn tổn hao năng lượng khi vận hành nhỏ hơn ( 12÷15)% so với nhóm 3máy biến áp một pha có cùng công suất Tổ 3 máy biến áp một pha chỉdùng khi không có khả năng chế tạo máy biến áp 3 pha với công suất lớncần thiết hoặc khi điều kiện chuyên chở bị hạn chế

8 Cấu tạo máy biến áp lực

1 Lõi thép

 Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn ( 80÷100 MVAtrên một pha ) điện áp thật cao (220÷400 kV) để giảm chiều cao của trụthép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường dây, mạch từ của máy biến

áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hìnhdáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc gọi là máy biến áp kiểu trụ - bọc

 Lõi thép của máy biến áp lực cũng được ghép từ những lá thép kĩ thuậtđiện: đó là những lá thép dày 0,5mm có phủ sơn cách điện và còn đượcgọi là thép máy biến áp Thép máy biến áp là thép cán nguội vì có đặctính từ tốt hơn thép cán nóng, hơn nữa tổn hao sắt lại thấp do đó nângcao được hiệu suất của máy biến áp

 Đối với những máy biến áp cỡ lớn, người ta ép chặt trụ sắt bằng

xà ép và những bulông xuyên qua tiết diện trụ và ở những lỗ nàyngười ta lồng những ống cách điện bằng bakêlit để tránh làmngắn mạch những lá tôn do bulông ép tạo nên Phương pháp nàyphức tạp song giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây nên vàrất bền về phương diện cơ học.Vì vậy hầu hết các máy biến áplực hiện nay đều dùng kiểu ghép này

 Vì lí do an toàn nên toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và

vỏ máy phải được nối đất

 Trong máy biến áp lực có dây quấn điều chỉnh điện áp dưới tải

110 kV, thép Silic và vật liệu cách điện chiếm 43% trọng lượngmáy, dầu biến áp chiếm khoảng 30%

số vòng dây Để phục vụ mục đích này máy biến áp phải được trang bịmột cuộn dây phân nấc và các đầu nấc này được nối vào các đầu cực bộchuyển nấc

 Trong máy biến áp lực, thường dây quấn HA được quấn phía trong gầntrụ thép còn dây quấn CA thì được quấn ở phía ngoài bọc lấy dây quấn

HA Với cách này có thể giảm được điều kiện cách điện của dây quấn

CA ( kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện của dây quấn CA)bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện của bản thân dây quấnHA

 Khi máy biến áp làm việc, đặc biệt là máy biến áp lực, dây quấn bị nónglên, để khắc phục điều này khi chế tạo dây quấn người ta làm các rãnhdầu dọc trục đối với các lớp dây quấn cũng như những rãnh dầu hướng

3 Vỏ máy

 Vỏ máy biến áp gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng

 Với máy biến áp có công suất lớn thì vỏ thùng có dạng phức tạp Chúnggồm có hai phần lắp ghép hoặc tháo rời với nhau qua vành hàn và có cáckiểu kết cấu như :

 Kiểu nắp đậy: phần trên là nắp, phần dưới là vỏ thùng, chỗ lắp ghép

 Với máy biến áp lực, thùng dầu của nó thường có ống hoặc là có bộ tảnnhiệt Ở những máy có dung lượng lớn để tăng cường làm mát thì người

ta thường dùng bộ tản nhiệt có quạt gió

 Ở những máy biến áp dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một

hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh

 Trên thùng máy biến áp lực còn được trang bị một thiết bị giảm áp, đượcthiết kế để mở khi áp suất cực đại ở bên trong thùng máy gần tới giá trị

áp suất lớn nhất

Chương 2: BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

1 Các phương pháp bảo vệ máy biến áp

Việc bảo vệ máy biến áp điện lực có thể được thực hiện theo các nguyên lý khácnhau tùy thuộc vào điều kiện và trạng thái cụ thể của trạm biến áp Trong đó tarất quan tâm tới sơ đồ bảo vệ máy biến áp Vì chúng có các đặc điểm sau:

 Tổ nối dây của các máy biến áp có ảnh hưởng đến sự phân bố dòngngắn mạch sau máy biến áp, điều đó đòi hỏi phải áp dụng các sơ đồnối các máy biến dòng và các rơle phù hợp

 Sự tăng đột ngột của dòng từ hóa khi điện áp thay đổi đột ngột cóthể ảnh hưởng đến dòng khởi động của các bảo vệ

 Sự khác nhau giữa điện áp hai phía sơ cấp và thứ cấp đòi hỏi phảilựa chọn các thiết bị và các thông số tính toán khác nhau ở hai phía

 Sự phân hủy dầu dưới mức tác dụng của nhiệt độ cao cho phép ápdụng nguyên lý bảo vệ bằng rơle hơi

1.1 Bảo vệ bằng rơle hơi

Bảo vệ này phản ứng với mọi loại sự cố xảy ra trong thùng máy biến áp

Nó bao gồm một buồng chứa, đặt trong ống dẫn từ thùng đến bình dãn dầu,trong buồng chứa này có lắp 2 phao kim loại, trên các phao có gắn các ống thủytinh chứa thủy ngân dùng làm tiếp điểm, các phao lắp trên một trục quay

Ở chế độ làm việc bình thường buồng chứa đầy dầu nên các phao nổi lên

và các tiếp điểm của rơle ở trạng thái mở Khi có sự cố trong máy biến áp, nhiệt

độ trong thùng tăng lên, dưới tác dụng của nhiệt độ, dầu bị phân hủy thành cácbọt khí Dòng điện càng lớn thì khí tạo ra càng nhiều, lượng khí này được đẩylên trên và dần dần đẩy dầu ra khỏi buồng chứa của rơle Mức dầu trong buồngchứa giảm, làm hạ thấp các phao, thủy ngân trong ống thuỷ tinh gắn với phaođược rót xuống dưới làm cho các tiếp điểm đóng lại đưa tín hiệu đến đèn hiệuhoặc còi báo động Khi sự cố lớn xảy ra, khí được tạo ra nhiều, các tia khí thoát

ra mãnh liệt, làm lật phao, làm cho các tiếp điểm thủy ngân của nó đóng lại, đưa

tín hiệu đến các cơ cấu thừa hành để cắt máy cắt Để ngăn ngừa sự tác độngnhầm lẫn của rơle do sự đốt nóng các cuộn dây và sự giản nở nhanh của dầu khi

có dòng ngắn mạch ngoài, một trọng vật được gắn với phao dưới

 Ưu điểm:

 Bảo vệ đơn giản

 Thời gian tác động nhanh

 Linh hoạt với nguồn thao tác DC và AC

 Nhược điểm:

 Phản ứng với các sự cố xảy ra trong thùng máy biến áp

 Không có tác dụng bảo vệ rõ rệt với các phần khác của máy biếnáp

 Không thay thế được các bảo vệ khác

2 Bảo vệ quá dòng điện

Bảo vệ chống ngắn mạch trong máy biến áp có thể được thực hiện theonguyên lý quá dòng, tức là bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì và bảo vệ cắtnhanh

Máy biến dòng được đặt ở phía đầu vào của máy biến áp, các máy biếndòng được chế tạo theo nhiều phương án khác nhau lắp sẵn trong sứ của máy cắt(≥35kV); lắp sẵn trong sứ của máy biến áp (U≥110kV) Các máy biến dòng cóthể được thực hiện theo sơ đồ hình sao đủ, sao thiếu, hoặc theo hình tam giác.Với máy biến áp 2 cuộn dây, bảo vệ quá dòng có thể bố trí ở cả 2 phía hoặc chỉ

1 phía sơ cấp Đối với máy biến áp 3 cuộn dây, bảo vệ quá dòng phải được bố trí

ít nhất ở 2 phía hoặc ở cả 3 phía Bảo vệ máy biến áp được thực hiện theo 2 cấp:

 Cấp thứ nhất là bảo vệ cắt nhanh với dòng khởi động được chỉnh địnhtheo dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất đi qua máy biến áp

Giá trị dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh

Xht- điện trở của hệ thống tính từ nguồn đến đầu vào máy biến áp

 Cấp thứ hai là bảo vệ dòng cực đại

Thời gian tác động bảo vệ cấp 2 được xác định dựa theo thời gian tácđộng lớn nhất của bảo vệ trước đó

2 1 axM

t t    t

Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại không nhỏ hơn 1,5

3 Bảo vệ so lệch

Bảo vệ so lệch được dùng làm bảo vệ chính trong máy biến áp công suất

từ 4MVA trở lên, nhìn chung bảo vệ này cũng thường được áp dụng cho cácmáy biến áp khi bảo vệ quá dòng không thể đáp ứng được các yêu cầu về độchọn lọc và độ nhạy Các máy biến dòng được đặt ở cả hai phía của máy biến ápđược bảo vệ

Dưới góc độ của dòng điện không cân bằng, bảo vệ so lệch có nhiều khác biệt sovới các bảo vệ khác

 Dòng từ hóa của máy biến áp, mà là một thành phần quan trọng củadòng không cân bằng, thay đổi một cách đột biến khi U tăng đột ngột( khi đóng máy biến áp hoặc sau khi loại trừ sự cố ngắn mạch ) Giá trịcủa nó có thể đạt tới 6÷8 lần dòng định mức của máy biến áp Ngoài đặcđiểm tắt dần theo thời gian, dòng từ hóa còn chứa các thành phần khôngchu kỳ và các sóng hài bậc cao Để giảm giá trị của dòng từ hóa cần áp

dụng các biện pháp đặc biệt như sử dụng máy biến dòng bão hòa nhanh

có tác dụng hạn chế thành phần không chu kỳ của dòng điện

 Sự điều chỉnh hệ số biến áp làm phá vỡ sự cân bằng của dòng điện ở cácnhánh bảo vệ, có nghĩa là làm xuất hiện thành phần không cân bằng, màđôi khi đạt giá trị khá cao

 Sự khác nhau của điện áp buộc phải chọn các máy biến dòng ở hai phíakhác nhau về hệ số biến dòng cũng như về chủng loại Để cân bằng dòngđiện trên các nhánh người ta áp dụng các sơ đồ điều chỉnh nhờ sự hỗ trợcủa máy biến áp tự ngẫu hoặc các máy biến dòng trung gian

4 Bảo vệ rơle

5 Khái niệm chung

Trong bất cứ hệ thống điện nào cũng luôn luôn tồn tại những mối đe dọađưa hệ thống đến tình trạng hoạt động không bình thường Các sự cố trong hệthống điện có thể dẫn đến sự mất ổn định của các nhà máy điện, làm tan rã hệthống dẫn đến sự gián đoạn trong cung cấp phân phối điện gây thiệt hại lớn chonền kinh tế Để duy trì được sự làm việc bình thường của hệ thống điện cách tốtnhất là nhanh chóng cô lập các phần tử bị sự cố khỏi hệ thống, nhiệm vụ này chỉ

có thể thực hiện bởi các thiết bị tự động bảo vệ, mà thường gọi là rơle

Một số khái niệm về rơle:

 Hiệu ứng rơle : là khả năng thiết bị có thể thay đổi chế độ theo bướcnhảy khi tín hiệu đầu vào đạt một giá trị nhất định Sự tác động của rơlephụ thuộc vào tín hiệu vào, khi tín hiệu vào rơle đạt một giá trị khởiđộng thì sẽ xuất hiện tín hiệu ra, và sẽ mất khi tín hiệu vào đạt giá trị trở

về Sở dĩ có sự khác nhau giữa giá trị khởi động và giá trị trở về là vì tồn

 Tập hợp các thiết bị cảm nhận và thu thập thông tin về trạng thái của cácphần tử mạch điện nhằm phát hiện và định vị sự cố và gửi thông tin nàyđến các cơ cấu thừa hành để thực hiện các thao tác cô lập loại trừ sự cố

và duy trì chế độ làm việc bình thường của các phần tử mạng điện gọi làbảo vệ rơle

Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:

 Phát hiện kịp thời sự cố

 Nhanh chóng tác động cắt các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống

 Tác động đến các cơ cấu khác như tự động đóng lặp lại, tự động đóng dựphòng… để duy trì chế độ làm việc bình thường của phần hệ thống điệncòn lại

Như vậy bản chất của bảo vệ rơle là một hệ thống điều khiển đơn giản màtrong quá trình vận hành không ngừng tiếp nhận các thông tin về trạng thái củađối tượng được bảo vệ dưới dạng các dòng điện, điện áp, tần số, hoặc các giátrị mã hóa của chúng; xử lý các thông tin này và truyền tín hiệu đến các cơ cấuthừa hành khi cần thiết để duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ thốngđiện

6 Các phép logic dùng trong bảo vệ rơle

Việc áp dụng các phép logic có thể đơn giản hóa các sơ đồ bảo vệ rơle vàthể hiện sự làm việc của sơ đồ bảo vệ một cách rõ ràng Trạng thái tiếp điểmđóng trong các sơ đồ của rơle mô tả bằng số 1, còn khi tiếp điểm mở thì bằng số

0 Các phép logic:

 Phép “HOẶC”(OR): phép cộng logic (X=A + B)

 Phép logic “VÀ”(&): phép logic nhân (X=A.B)

 Phép “KHÔNG”(NO): phép logic âm hoặc phủ định (X=NA)

 Phép logic “KHÓA”(BLOCKING): X=A.NB

 Phép “TRỄ”(TIME DELAY): X=DkA- sau khi tín hiệu A truyền đến đầuvào, tín hiệu X đầu ra sẽ xuất hiện với sự chậm trễ k giây D- toán tử trễ;k- số đơn vị làm chậm (s,ms,µs)

Trong quá trình xây dựng các sơ đồ bảo vệ rơle người ta thường kết hợpnhiều dạng sơ đồ logic khác nhau để có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ một cách

có hiệu quả và tin cậy nhất Các phép logic thường được kết hợp với nhau qua

sơ đồ khối, biểu thị sự liên hệ và chức năng của các phần tử logic tham gia trong

sơ đồ

7 Các yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle

Yêu cầu đối với bảo vệ rơle phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với cùng một sự

cố trong các điều kiện khác nhau bảo vệ rơle sẽ tác động khác nhau Tùy từngtrường hợp cụ thể mà có yêu cầu khác nhau đối với bảo vệ rơle

4 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch

 Tác động nhanh

Sự cố cần được loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế đến mức tối đa thiệthại và giữ sự ổn định cho các máy phát làm việc song song trong hệ thống điện.Thời gian cắt sự cố bao gồm thời gian tác động của bảo vệ (tbv) và thời gian cắtcủa máy cắt (tMC) Như vậy yêu cầu tác động nhanh không chỉ phụ thuộc vào tốc

độ của bảo vệ mà còn phụ thuộc vào tốc độ của máy cắt Thời gian của các bảo

vệ rơle hiện đại khoảng 0.02s÷0.04s

 Tính chọn lọc

Tính chọn lọc là khả năng chỉ cắt các thành phần sự cố và giữ nguyên vẹncung cấp điện cho các phần tử khác Yêu cầu tác động chọn lọc có ý nghĩa quantrọng với việc bảo toàn cung cấp điện cho các hộ dùng điện

 Độ nhạy

Độ nhạy là khả năng cắt sự cố với dòng điện nhỏ nhất trong vùng bảo vệ

k nh

kd

I k

I



Trong đó: Ikmin- dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ

Ikd- dòng điện khởi động của bảo vệ rơle

Để bảo vệ rơle làm việc tin cậy độ nhạy phải có giá trị lớn hơn 1, thường thì

knh=1.5÷2 đối với vùng bảo vệ chính và bằng 1.2÷1.3 với vùng bảo vệ dự phòng

 Tính kinh tế

Các bảo vệ rơle phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đồng thời phải đượcxây dựng sao cho rẻ nhất đến mức có thể Đối với những thiết bị cao áp và siêucao áp chi phí cho trang thiết bị lắp đặt bảo vệ rơle chỉ chiếm một phần nhỏtrong toàn bộ chi phí của công trình, do đại đa số các thiết bị ở mạng điện cao ápđều rất đắt, vì vậy hệ thống bảo vệ rơle chỉ cần phải quan tâm sao cho đảm bảođược các yêu cầu cao về mặt kỹ thuật Trong khi đó ở lưới điện trung áp và hạ

áp với số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, mức độ bảo vệ yêu cầukhông cao do đó cần tính đến tính kinh tế khi lựa chọn sơ đồ và trang thiết bịbảo vệ rơle sao cho vừa đảm bảo kỹ thuật vừa có chi phí thấp nhất đến mức cóthể

5 Đối với chế độ làm việc không bình thường

Đối với các chế độ làm việc không bình thường như chế độ quá tải, daođộng điện áp trong hệ thống thì yêu cầu tác động nhanh không được đặt ra vìthông thường các chế độ này chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn Còn 3 yếu tốkhác vẫn phải được bảo đảm

8 Các nguyên lý cơ bản thực hiện bảo vệ rơle

6 Bảo vệ dòng điện cực đại

Đặc điểm của ngắn mạch là sự tăng dòng điện, vì vậy bảo vệ rơle đượcthực hiện theo phản ứng tăng dòng Khi giá trị dòng điện lớn hơn giá trị khởiđộng thì bảo vệ sẽ tác động Để loại trừ khả năng nhầm khi dòng điện tăngkhông vì lý do ngắn mạch, cần phải có một thời gian duy trì nhất định Loại bảo

vệ phản ứng theo dòng có duy trì thời gian gọi là bảo vệ dòng điện cực đại

Để có thể loại trừ ngắn mạch ở bất cứ pha nào, cơ cấu phản ứng của rơle đượcthiết lập đối với các dòng điện ở các pha IA,IB và IC hoặc theo phép logic

“HOẶC”.Sự chọn lọc của các bảo vệ được đảm bảo bởi các rơle thời gian.Trong đó các bảo vệ càng đặt xa nguồn thì thời gian tác động càng nhỏ

t I>

I> t

Sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại

B v1 I>>

BI

I>>

BI N

mạch, vì vậy có thể đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ bằng cách đặt dòng khởiđộng hợp lý, mà không cần đến rơle thời gian Loại bảo vệ này có độ chọn lọctuyệt đối và thực hiện không có duy trì thời gian nên áp dụng rất có hiệu quảtrong thực tế.

2.4.3 Bảo vệ kết hợp quá dòng và sụt áp

Trong thực tế đôi khi sự tăng dòng điện vượt quá giá trị định mức khôngchỉ do ngắn mạch mà còn nhiều nguyên nhân khác như quá tải, mở động cơ…Tuy nhiên chỉ có ở chế độ ngắn mạch điện áp mới tụt nhiều Để phân biệt chế độngắn mạch với các chế độ khác, tránh sự tác động nhầm, bảo vệ rơle được thựchiện với sự kết hợp giữa các cơ cấu phản ứng theo dòng điện cực đại và cơ cấuphản ứng theo điện áp, bằng phép logic “KHÓA”

Bảo vệ quá dòng kết hợp với bộ khóa điện áp

Bảo vệ kết hợp quá dòng cũng có thể được thực hiện bảo vệ bằng phép VÀ, tức

là tín hiệu cắt chỉ được thực hiện khi vừa có tín hiệu quá dòng từ bộ đo dòngBĐI và tín hiệu giảm áp từ bộ đo áp BĐU BTg - bộ đo thời gian

2.4.4 Bảo vệ bằng bộ lọc

Đối với trường hợp ngắn mạch xa nguồn, đường dây dài, tải lớn, dòngngắn mạch có thể có giá trị nhỏ, thậm chí nhỏ hơn dòng làm việc, lúc đó bảo vệdựa trên dòng điện sẽ rất khó có thể đảm bảo độ nhạy Khắc phục bằng cáchnào? Như đã biết, khi có ngắn mạch không đối xứng, dòng ngắn mạch có thànhphần thứ tự thuận, thứ tự ngược, thứ tự không Để phân biệt với chế độ làm việcbình thường khi chỉ có thành phần thứ tự thuận, người ta sử dụng các bộ lọc đểtách các thành phần dòng điện thứ tự nghịch và thứ tự không làm tín hiệu chocác bảo vệ

Cơ cấu bộ lọc gồm : bộ lọc dòng (BLI) bộ đo dòng (BĐI) bộ đo thời gian(BTg) Ở chế độ đối xứng không có thành phần thứ tự nghịch do đó không có tínhiệu X ra và bảo vệ sẽ không tác động Khi có ngắn mạch, mặc dù dòng ngắnmạch không lớn nhưng do có tín hiệu ra ở bộ lọc thứ tự nghịch làm bảo vệ tácđộng, sự tác động có thể xẩy ra với một thời gian trễ với rơle thời gian Vớinguyên lý làm việc như vậy thì độ nhạy của rơle là rất cao

2.4.5 Bảo vệ có hướng

Bảo vệ có hướng là loại bảo vệ áp dụng cho các mạng điện có kết cấuphức tạp, thường được kết hợp với các nguyên lý bảo vệ khác để tăng cường sựchọn lọc và hiệu quả bảo vệ Bảo vệ có hướng phải trang bị bộ phận định hướng

để bảo vệ chỉ tác động khi dòng ngắn mạch đi từ thanh cái vào đường dây và sẽ

gia của phép logic “VÀ”, lệnh cắt chỉ thực hiện khi đồng thời có tín hiệu từ rơledòng điện cực đại và rơle công suất

2.4.6 Bảo vệ khoảng cách

Bảo vệ khoảng cách được thực hiện theo nguyên lý đo điện trở của đốitượng bảo vệ Khi xảy ra ngắn mạch, cả 2 đại lượng dòng điện ngắn mạch IK vàđiện áp dư U (hao tổn điện áp trên đường dây khi có dòng ngắn mạch chạy qua)đều thay đổi, nếu ta đưa các tín hiệu này vào rơle thì sẽ nhận được các giá trị gọi

là giá trị giả tưởng (còn gọi giá trị điện trở ảo)

Điện trở ảo được tính theo công thức:

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách

Trong đó: IK- dòng điện ngắn mạch 3 pha;

Z0- suất điện trở của một đơn vị chiều dài đường dây;

IK- khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch;

ni, nU- hệ số biến dòng và biến áp

Như vậy điện trở cảm nhận được của rơle phụ thuộc vào khoảng cách từ nơi đặtbảo vệ đến điểm ngắn mạch IK Để rơle chỉ tác động trong vùng bảo vệ thì điệntrở khởi động phải nhỏ hơn điện trở của đối tượng được bảo vệ

2.4.7 Bảo vệ so lệch dòng điện

Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện dựa trên sự so sánh trị số và góc phacủa dòng điện ở đầu và cuối vùng bảo vệ Khi xảy ra ngắn mạch ở ngoài vùngbảo vệ, dòng ở đầu và cuối đường dây có cùng giá trị và cùng chiều, còn khingắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ thì các dòng điện có chiều ngược nhau vànói chung không bằng nhau

Dòng điện đi vào rơle bằng hiệu 2 dòng điện thứ cấp, vì vậy trong trườnghợp ngắn mạch ngoài thì nó có giá trị bằng 0, còn trong vùng bảo vệ thì nó cógiá trị nhất định Nếu đưa tín hiệu này đến cơ cấu thừa hành thì bảo vệ sẽ tácđộng một cách tin cậy Bảo vệ so lệch có độ chọn lọc tuyệt đối và không có duytrì thời gian Do ở chế độ bình thường không có dòng điện đi qua rơle nên dòngkhởi động thường được chọn không lớn, điều đó làm tăng đáng kể độ nhạy củarơle Bảo vệ được thực hiện bằng cách so sánh các giá trị dòng điện đầu và cuốiđối tượng gọi là bảo vệ so lệch dọc Đối với những phần tử đặt song song có thểthực hiện so sánh dòng giữa 2 phần tử lúc sự cố, bảo vệ này được gọi là bảo vệ

so lệch ngang

Bảo vệ so lệch pha làm việc theo nguyên lý so sánh pha của dòng điện ở 2đầu đường dây được bảo vệ Quy định dòng điện qua các bảo vệ đi từ thanh cáivào đường dây là chiều dương, còn đường dây vào thanh cái-chiều âm Khi cóngắn mạch xẩy ra ở trong vùng bảo vệ (N1), dòng điện ngắn mạch IK1.1và IK2.1

qua các bảo vệ BV1 và BV2 đều có chiều đi từ thanh cái vào đường dây, tức làcùng chiều dương nên các bảo vệ sẽ tác động Khi có ngắn mạch xẩy ra ở ngoài

vùng bảo vệ (N2) các dòng điện ngắn mạch IK1.2 và IK2.2 qua các bảo vệ BV1 vàBV2 có chiều ngược chiều nhau 1800 nên bảo vệ sẽ không tác động Khi ngắnmạch xảy ra trong vùng bảo vệ dòng I1.1 và I2.1 cùng pha nhau do đó bảo vệ tácđộng cắt máy cắt ở cả 2 đầu dây.

PHẦN 2:ỨNG DỤNG RƠLE SỐ SEL-551 VÀO

BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI

Chương 1: BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI

1 Bảo vệ quá dòng

1.1 Khái niệm chung

Đây là một trong những dạng bảo vệ sớm nhất, đơn giản nhất và có giáthành rẻ nhất trong số các loại rơle dùng phổ biến hiện nay trong hệ thống điện.Mặc dù trải qua nhiều thay đổi về hình thức, cấu tạo, nguyên lý làm việc, chođến nay đây vẫn là loại thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các sơ đồ bảo vệcác bộ phận khác nhau của hệ thống điện

Nguyên tắc chung nhất không thay đổi của bảo vệ quá dòng từ rơle điện

cơ đến rơle số là đo lường sự cố dòng sự cố và phát tín hiệu cắt máy cắt hoặc/vàbáo tín hiệu khi giá trị dòng này vượt qua ngưỡng cho phép trong thời gian xácđịnh Chức năng của loại bảo vệ này là chống các ngắn mạch pha và các sự cốchạm đất phụ thuộc vào vị trí đặt biến dòng điện

Về hình thức, bảo vệ quá dòng có thể được chế tạo dưới dạng thiết bị độclập (thiết bị điện cơ, tĩnh) hay được tích hợp với các chức năng bảo vệ khác (rơlesố) hoặc các bộ phận gắn liền với các trang bị đóng cắt

Bảo vệ quá dòng về bản chất là loại vô hướng, nó tác động không phụthuộc vào chiều dòng sơ cấp chạy qua đối tượng bảo vệ Tuy nhiên, trong nhiềutrường hợp để tăng độ chọn lọc, người ta sử dụng loại bảo vệ quá dòng cóhướng chỉ phản ứng đối với dòng ngắn mạch chạy đến từ một phía Để làm đượcđiều này, người ta cần xác định được pha của dòng bằng cách đo thêm điện áp.Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cho cùng một đối tượng trong trường hợp vôhướng và có hướng có thể không bằng nhau

Bảo vệ quá dòng thường là loại bảo vệ không cục bộ có vùng tác độngthay đổi phụ thuộc vào dạng sự cố và chế độ hệ thống điện nên giới hạn của nó

không xác định trước bởi các giá trị đặt của bảo vệ và vị trí các biến dòng Vìvậy, để chức năng này không bỏ sót các khu vực trong đối tượng bảo vệ, người

ta thường cài đặt chúng với vùng tác động lấn sang các vùng của các bảo vệkhác

Lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất của bảo vệ quá dòng là lưới phân phối, nơi

nó có thể được dùng như một loại bảo vệ chính Đối với lưới có cấp điện áp caohơn như lưới truyền tải cao áp, bảo vệ quá dòng thường chỉ được sử dụng nhưmột loại bảo vệ dự phòng Trong đường dây siêu cao, bảo vệ quá dòng chỉ đượcdùng như một chức năng phụ trợ trong một vài trường hợp khẩn cấp, khi các bảo

vệ chính và dự phòng khác không làm việc

1.2Bảo vệ quá dòng có thời gian

Đây là chức năng đặc thù của rơle quá dòng được sử dụng rộng rãi ở nước

ta Ưu điểm của chức năng này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơngiản và dễ áp dụng

Giá trị đặt I> của bảo vệ là ngưỡng dòng chỉnh định trong bộ nhớ rơle màkhi dòng sự cố vượt quá nó trong thời gian xác định t> thì bảo vệ sẽ tác động.Giá trị này trong trường hợp chung được xác định tuỳ thuộc vào cách chọnphương pháp phối hợp giữa các cấp bảo vệ Trong rơle số, đại lượng này có thểđược cho theo giá trị sơ cấp hay bội số của giá trị danh định của biến dòng haybội số của dòng danh định qua đối tượng bảo vệ

Thời gian đặt t> của bảo vệ được chọn xuất phát từ yêu cầu sau:

 Phải đủ nhỏ để thấp hơn thời gian chịu quá dòng an toàn của đối tượngbảo vệ; thời gian cho trong các tài liệu kỹ thuật đi kèm theo thiết bị

 Phải đủ lớn để phối hợp tốt với các bảo vệ quá dòng của các cấp phía sauliền kề để đảm bảo độ chọn lọc

1.2.1 Các phương thức phối hợp bảo vệ quá dòng

Tồn tại 3 phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là phươngpháp theo thời gian, theo dòng và phương pháp hỗn hợp giữa thời gian và dòng

 Phối hợp các bảo vệ theo thời gian

Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo

vệ rơle hiện nay Nguyên tắc của phương pháp này là chọn thời gian của bảo vệsao cho lớn hơn một khoảng an toàn ∆t so với thời gian tác động lâu nhất củacấp bảo vệ liền kề trước nó tn = t(n-1)max +∆t, trong đó: tn là thời gian đặt đangxét của cấp bảo vệ thứ n tính từ phía tải (bảo vệ 3); t(n-1)max thời gian tác động cựcđại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó tính từ phía tải (bảo vệ 2’); ∆t

là độ phân cấp về thời gian, được xác định bởi công thức:

có giá trị bằng 0,1-0,2s đối với máy cắt không khí, bằng 0,06-0,08s đối với máycắt chân không, bằng 0,04-0,05s đối với máy cắt khí SF6; tqt - thời gian sai số doquán tính khiến cho rơle vẫn ở trạng thái tác động mặc dù ngắn mạch đã bị cắt,đối với rơle số thường nhỏ hơn 0,05s; tdp - thời gian dự phòng Đối với rơle điện

cơ độ phân cấp về thời gian ∆t thường chọn bằng 0,5s, rơle tĩnh khoảng 0,4s.Đối với rơle số, giá trị này còn hạ thấp hơn tuỳ theo loại máy cắt được sử dụng,thường là 0,2-0,35s

Giá trị đặt dòng I> trong trường hợp sử dụng phương pháp phối hợp theothời gian được xác định theo điều kiện làm việc cực đại của đối tượng bảo vệ,tức là dòng duy trì cho phép cực đại mà đối tượng bảo vệ có thể làm việc lâudài:

ax.

hc lvm tv

k I I

k

Trong đó: khc là hệ số điều chỉnh, thường không vượt quá 1,3 để giảm thiểu khảnăng quá tải; ktv- hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể đạt tới0,98

Giá trị dòng đặt của bảo vệ cần phải lớn hơn chế độ dòng tải cực đại qua đốitượng bảo vệ, đồng thời phải nhỏ hơn dòng sự cố nhỏ nhất Dòng làm việc cựcđại của đối tượng bảo vệ thường xác định trong chế độ cực đại của hệ thống vàthường bằng 1,05-1,2 dòng tải danh định

Trong một vài rơle số người ta yêu cầu phải cài đặt giá trị dòng thứ cấp của bảo

Trong đó: nI là hệ số biến dòng; ksd hệ số sơ đồ phụ thuộc vào cách mắc các biếndòng.

 Phối hợp các bảo vệ theo dòng

Phối hợp các bảo vệ liền kề chỉ theo giá trị dòng dựa trên nguyên tắc là dòng

sự cố giảm dần theo khoảng cách từ điểm ngắn mạch tới nguồn tăng lên

Phương pháp này dựa trên cách tính dòng ngắn mạch pha và lựa chọn giá trị đặtcủa các bảo vệ theo kết quả nhận được sao cho rơle ở gần điểm sự cố nhất sẽ cắtmáy cắt

Trong trường hợp chung, giá trị đặt dòng của cấp bảo vệ thứ n tính từ phía tảichọn bởi phương pháp phối hợp theo dòng sẽ có dạng như sau:

 

 ax 1 

.3

Trong đó: ∑Zn-1 là tổng trở đường dây từ nguồn đến đầu cấp bảo vệ thứ n-1;

kat =1,1÷1,3 là hệ số an toàn để đảm bảo bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắnmạch ngoài do sai số tính dòng ngắn mạch (10% do các biến dòng và độ thiếuchính xác về thông số đường dây, và 20% do tổng trở nguồn bị biến động), hệ sốnày được chọn theo chế độ hệ thống điện và tương quan giữa tổng trở đườngdây với tổng trở nguồn; Znguonmax là tổng trở của nguồn trong chế độ cực đại

Ta thấy rằng do có hệ số an toàn nên giá trị đặt dòng của bảo vệ lớn hơn so vớidòng NM ngoài cực đại

1.2.2 Cách cài đặt các giá trị chỉnh định trong role quá dòng số

Khi cài đặt các giá trị chỉnh định vào bộ nhớ của rơle, trước hết ta cầnnhập các mật khẩu để có thể truy nhập và thay đổi các giá trị chỉnh định bêntrong rơle Sau đó, ta có thể sử dụng các phím chữ số để nhập các giá trị bất kỳhay các phím mũi tên để lựa chọn theo giá trị có sẵn trong rơle Việc thay đổi bộthông số chỉnh định có thể do người sử dụng trực tiếp lựa chọn hay được điềukhiển từ xa qua các đầu vào số hoặc truyền tin

Đối với rơle quá dòng số ta cần chú ý các đại lượng dòng sau đây đặc trưng chođối tượng bảo vệ và chức năng quá dòng:

 Dòng sơ cấp IBIsc và thứ cấp IBItc danh định hay hệ số của biến dòng đượclựa cho rơle theo danh mục thiết bị có sẵn Các giá trị này phù hợp vớirơle bảo vệ, trên thực tế rơle thường làm việc dòng thứ cấp là 1A hay 5Atuỳ theo đơn vị đặt hàng

 Dòng danh định Id hoặc dòng làm việc cực đại Ilvmax của đối tượng bảo vệ,thường được quy về giá trị bội số hay phần trăm giá trị dòng danh định sơcấp hay thứ cấp của biến dòng

Trong trường hợp không thoả mãn các điều kiện ràng buộc trên, giá trị vừa nhập

sẽ nhấp nháy không ổn định báo hiệu việc cài đặt không có hiệu lực

 Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng I>, I>>,I0>, I0>> thường được chọn đadạng theo các giá trị dòng sơ cấp, thứ cấp hay bội số của giá trị danh định

sơ cấp hay thứ cấp của biến dòng tuỳ theo loại rơle được sử dụng

 Các thời gian đặt của bảo vệ cũng phải được chọn trong miền giá trị chotrước của rơle

1.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Trong các rơle số, chức năng bảo vệ cắt nhanh thường có dạng đặc tuyếnđộc lập với giá trị thời gian đặt thay đổi được trong khoảng rộng Chức năng của

nó nói chung giống bảo vệ quá dòng cắt nhanh trong các rơle cổ điển Tuynhiên, nó còn có thể được sử dụng như là một bảo vệ dự phòng cho chức năngngưỡng thấp, khi được cài đặt với dòng lớn hơn giá trị ngưỡng thấp và thời gianlâu hơn bảo vệ cắt nhanh

Chức năng này có khả năng làm việc có chọn lọc trong lưới cấu hình bất

kỳ, với một hay nhiều nguồn cung cấp Ưu điểm của nó là cách ly nhanh sự cốvới công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn hay thanh cái trạm biến áp

Để đảm bảo độ chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ cắt nhanh phải được chọnsao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ngắn mạch 3 pha) đi qua chỗ đặt rơlekhi có ngắn mạch ở ngoài đối tượng bảo vệ.

Giá trị đặt cắt nhanh I>> được xác định theo điều kiện I>>= kat Imax ngoài

Trong đó: kat là hệ số an toàn được đưa vào để tính đến ảnh hưởng của các sai số

do tính toán ngắn mạch, do cấu tạo rơle, do thành phần không chu kỳ trong dòng

NM và các biến dòng, nó có giá trị từ 1,2÷1,3 đối với rơle điện cơ và 1,15 đốivới rơle số Hệ số này cần được chọn càng nhỏ càng tốt để tăng vùng bảo vệ củachức năng cắt nhanh Imax ngoài là dòng ngắn mạch ngoài cực đại ở đường biên củabảo vệ

Cuối cùng, giá trị đặt của chức năng cắt nhanh phải lớn hơn so với dòng xungkích khi đóng mạch nguồn cung cấp hay cắt NM ngoài

Thời gian đặt t>> của bảo vệ quá dòng cắt nhanh thường cho bằng 0 Tuynhiên, trong một số trường hợp để tránh rơle tác động nhầm trong các chế độnhiễu loạn khi thành phần khác với 50Hz vượt quá giá trị nào đó, đại lượng này

có thể đặt bằng 1 vài chu kỳ tần số công nghiệp để rơle có thời gian lọc các tínhiệu nhiễu ra khỏi thành phần dòng đầu vào Trên thực tế, thời gian cắt nhanhcủa bảo vệ t>> có giá trị khoảng 0,03÷0,05s tuỳ theo từng loại rơle

1.3.2 Lĩnh vực ứng dụng của bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Trong trường hợp chung, bảo vệ quá dòng cắt nhanh được sử dụng để cắtcác dòng ngắn mạch lớn trong giới hạn của đối tượng được bảo vệ Do vùng tácđộng của bảo vệ cắt nhanh chỉ bao trùm một phần đường dây được bảo vệ nên

nó không thể làm bảo vệ chính hoặc duy nhất Tuy nhiên trong một số trườnghợp đặc thù, như trong mạng hình tia cung cấp cho máy biến áp làm việc hợp

bộ, có thể sử dụng bảo vệ quá dòng cắt nhanh để bảo vệ toàn bộ đường dây nếu

ta cho phép nó tác động khi có sự cố bên trong máy biến áp

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh còn kết hợp với thiết bị tự đóng lại (TĐL).Đây là thiết bị được sử dụng để duy trì sự làm việc của hệ thống khi ngắn mạchthoáng qua Trong trường hợp này, độ chọn lọc của bảo vệ không quan trọng

bằng tốc độ cách ly sự cố nhanh Bình thường thì vùng tác động của chức năngcắt nhanh được đặt ngắn hơn các bảo vệ phía trước Nhưng với TĐL nó có thểđược chọn dài hơn, như trường hợp “tiết kiệm cầu chì” Khi đó bảo vệ cắt nhanh

sẽ bao trùm từ các cầu chì của trạm phía trước cho đến tận thiết bị TĐL đầu tiên.Giá trị đặt dòng thực tế sẽ được chọn căn cứ vào điều kiện đảm bảo độ chọn lọcvới các bảo vệ phía trước

Một trong những ứng dụng khác của chức năng quá dòng này là làm việc

với các sơ đồ liên động ngược bảo vệ thanh cái cho các xuất tuyến Khi đó, các

giá trị đặt dòng của bảo vệ cắt nhanh I>> và bảo vệ quá dòng có thời gian I>được bằng nhau, chỉ có thời gian đặt là khác nhau Cấp cắt nhanh để cách lynhanh sự cố trên thanh cái, còn quá dòng có thời gian để dự phòng cho các sự cốtrên các xuất tuyến đi từ thanh cái

Đối với các đường dây dài có tổng trở đường dây lớn hơn nhiều so vớitổng trở nguồn, chức năng cắt nhanh làm việc kết hợp với chức năng quá dòng

có thời gian có đặc tuyến phụ thuộc Cấp cắt nhanh để bảo vệ đoạn đầu phíanguồn của đường dây với dòng ngắn mạch lớn, còn bảo vệ quá dòng có thờigian cho phép rơle tác động với thời gian lâu hơn ở các vị trí sự cố phía cuốiđường dây

1.3.3 Các trường hợp không sử dụng bảo vệ cắt nhanh

Bảo vệ cắt nhanh khá nhạy cảm với sự biến động của chế độ hệ thốngđiện Nó không áp dụng nếu dòng sự cố khi có ngắn mạch ở đầu đường dây phíanguồn trong chế độ cực tiểu nhỏ hơn dòng sự cố khi có ngắn mạch ở cuối đườngdây trong chế độ cực đại, nghĩa là IA1min< IK1 Khi đó ta có:

Như vậy, khi nguồn điện hệ thống biến động mạnh hay có dao động điện trong

hệ thống do có ngắn mạch ngoài, bảo vệ cắt nhanh hoặc sẽ không tác động, hoặc

sẽ tác động không chọn lọc tuỳ theo giá trị cài đặt của nó được xác định trongchế độ làm việc nào

Trong trường hợp dây quá ngắn, nếu giá trị dòng đặt I>> lớn hơn dòngngắn mạch cực đại trong đường dây, tức là: IA1 max ≤ I>>=kat Imax, với IA1 max dòng

NM cực đại từ nguồn 1 tới khi có NM ba pha trên thanh cái trạm A, thì chứcnăng cắt nhanh sẽ không tác động bảo vệ đường dây này

Như vậy, khi sử dụng quá dòng cắt nhanh cần phải kiểm tra các điều kiện đã nêutrên Nếu chúng xảy ra thì khi đó chỉ nên cài đặt cấp bảo vệ quá dòng có thờigian với thời gian phụ thuộc Việc áp dụng các công thức trên phụ thuộc vàođường dây được cung cấp nguồn từ một hay hai đầu và bảo vệ thuộc loại vôhướng hay có hướng

phụ thuộc vào cấp điện áp : đối với mạng điện 220kV thời gian này khoảng

tion=0,3s, đối với lưới 110kV-0,15s và lưới 35kV-0,07s

Máy cắt có trang bị đóng lặp lại phải đủ chắc chắn, tin cậy vì trong mộtkhoảng thời gian ngắn nó phải cắt dòng điện ngắn mạch liên tục nhiều lần

Tự động đóng lặp lại phải trở về ngay trạng thái ban đầu sau khi tác động đểchuẩn bị cho lần đóng sau

Tự đóng lại chỉ thực hiện đúng số lần đã định và không được thực hiện khi thaotác bằng tay

2.1 Phối hợp tự đóng lại với bảo vệ rơle

Cơ cấu tự đóng lại được thực hiện trên cơ sở tác động của bảo vệ rơle, vìvầy cần phải có sự phối hợp chặt chẽ với nó Nếu không phối hợp đúng giữaTĐL và bảo vệ rơle thì có thể xẩy ra sự thiếu chọn lọc của bảo vệ Điều đó xẩy

ra trong trường hợp do thời gian không điện của TĐL quá nhỏ, bảo vệ trước đóchưa kịp trở về trạng thái ban đầu, khi đó nếu TĐL không thành công thì BV3 sẽtiếp tục đếm thời gian từ khi sự cố bắt đầu xẩy ra và sẽ tác động cắt sớm hơn sovới sự tác động của BV2 Để khắc phục điều đó, thời gian không điện của TĐL

t0đ phải được chọn lớn hơn thời gian trở về của BV3 ttvBV3 hoặc thời gian tácđộng của BV3 tBV3 phải được chọn không chỉ tính đến thời gian tác động củaBV2 tBV2 , mà cả của TĐL tTĐ nữa, tức là t0đ > ttvBV3 hoặc tBV3 > tBV2 + tTĐL Tuynhiên như vậy sẽ tăng tổng thời gian của các bảo vệ ở gần nguồn Điều này cóthể khắc phục bằng cách sử dụng sơ đồ bảo vệ role tác động nhanh trước hoặcsau TĐL

2.2 Sơ đồ bảo vệ tác động nhanh trước TĐL

Sơ đồ kết hợp bảo vệ tác động nhanh trước TĐL được thể hiện ở hình dưới

Bảo vệ dòng điện cực đại nhiều vùng làm việc với thời gian được chọntheo nguyên tắc tăng dần về phía nguồn Để tăng cường sự chọn lọc cho bảo vệ

có thời gian duy trì của đường dây 2, một bảo vệ cắt nhanh hoặc bảo vệ dòngcực đại không có thời gian trễ (rơle 3) và TĐL được bổ xung vào sơ đồ Dòngkhởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn sao cho bảo vệ không phản ứng đốivới dòng điện ngắn mạch xảy ra sau máy biến áp ( tại điểm N1)

Khi ngắn mạch xẩy ra trên đường dây 1 và đường dây 2 bảo vệ cắt nhanh(rơle 3) sẽ tác động sau đó nó bị loại ra bởi tiếp điểm thường đóng của rơle trunggian RG mở ra, vì rơle này được cung cấp nguồn từ TĐL Nếu ngắn mạch tựtiêu tan thì máy cắt 2MC sau khi TĐL tác động vẫn giữ nguyên trạng thái đóng

và sự cung cấp điện được phục hồi cho toàn mạng Nếu ngắn mạch vẫn tồn tạithì đoạn sự cố được cắt ra bởi bảo vệ dòng điện cực đại với một thời gian trễ

Sơ đồ bảo vệ cắt nhanh trước TĐL cho phép chỉ cần đặt cơ cấu TĐL ởđoạn đầu nguồn, nhưng chính vì vậy mà việc áp dụng nó cho mạng điện có phânđoạn đường dây sẽ không phù hợp Việc cắt dòng ngắn mạch với một thời giantrễ là một hạn chế của sơ đồ này

2.3 Sơ đồ tác động nhanh sau TĐL

Sơ đồ kết hợp bảo vệ tác động sau TĐL chỉ khác so với sơ đồ bảo vệ tácđộng nhanh trước TĐL ở sự làm việc của rơle trung gian 4, cụ thể là tiếp điểmcủa rơle thường mở chứ không phải là thường đóng Khi có sự cố ngắn mạch tại

điểm N3 của đường dây 2, đầu tiên bảo vệ tác động với một thời gian trễ máy cắt2MC được cắt ra Sau đó TĐL tác động đóng 2MC đồng thời rơle trung gian4RG khởi động đóng tiếp điểm thường mở của mình đưa bảo vệ cắt nhanh vàohoạt động Nếu ngắn mạch vẫn tồn tại thì bảo vệ cắt nhanh sẽ cắt máy cắt 2MCkhông có thời gian trễ Khi có ngắn mạch tại điểm N2 hoặc N1 của đường dây 1máy cắt 1MC sẽ cắt mạch.

Nhược điểm của phương pháp này là thời gian cắt đoạn sự cố lớn do phảitính đến thời gian của bảo vệ dòng điện cực đại và thời gian tác động của TĐL.Khi thời gian cắt dòng ngắn mạch lớn thì sự cố không bền vững có thể chuyểnsang bền vững Ngoài ra sau thời gian cắt bảo vệ các động cơ dị bộ đã bị dừng

và chúng sẽ khởi động lại sau khi TĐL tác động làm cho dòng điện trong mạchtăng lên có thể lại dẫn đến sự cắt mạch bởi bảo vệ dòng điện cực đại

Chương 2: ỨNG DỤNG RƠLE SỐ SEL-551 TRONG

BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI

1 Tổng quan về role SEL-551

1.1Khái quát chung

Mặt trước panel của SEL-551

Bố trí của phần cứng:

 Mặt sau panel của SEL-551: khối đầu cực hoặc đầu cắm bộ kết nối

 Tiếp điểm đầu ra bộ ngắt dòng điện cao: 10A cho L/R=40ms tại 125Vdc

 Cổng giao tiếp ( cuộn dây 4 ) của EIA232 hoặc EIA485

1.2.2 Tiếp điểm đầu ra

Khối tiếp điểm

Liên tục 6A, 270Vac/360Vdc tùy theo cấp độ bảo vệ khác nhau.Thời gian tác động/thời gian trở về : < 5ms

Đầu cắm bộ nối (ngắt dòng điện cao)

Liên tục 6A, 330Vdc tùy theo cấp độ bảo vệ khác nhau

Khả năng tuần hoàn

10A 4 chu kỳ/s, cho phép 2phút ngừng hoạt động để xả nhiệt.24,48,125V ( L/R=40ms )

250V ( L/R=20ms)

1.2.3 Các đầu vào quang định mức

Loại đầu vào này phụ thuộc vào thứ tự lựa chọn của rơle Đầu vào cảm biếnmức khác với đầu vào jum đã đặt.Với hiệu điện thế nguồn theo danh định thìmỗi đầu vào vẽ được dòng điện xấp xỉ 4A

Khối đầu cực

Kiểu đầu cực của Sel 551 có thể là thứ tự theo đầu vào quang ở hiệu điện thếjum đã đặt hoặc đầu vào quang cảm biến mức

Hiệu điện thế jum điều khiển: tất cả các đầu vào được lập trình độc lập với

nhau để hoạt động tại bất kỳ mức hiệu điện thế danh định cho phép

24Vdc: trong khoảng 15-30Vdc;

48Vdc: trong khoảng 30-60Vdc;

125Vdc: trong khoảng 80-150Vdc;

250Vdc: trong khoảng 150-300Vdc;

Cảm biến mức: tất cả đầu vào được lập trình theo người sử dụng với một giá trị

hiệu điện thế cố định nên không thể thay đổi :

48Vdc: trong khoảng 38.4-60Vdc; cắt khi thấp hơn 28.8Vdc;