• Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ, mỗi phía được cấp bởi các nguồn dòng như nhau từ hai phía, trong trường hợp này: 1 2 1 1 1 Các thành phần dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau và
Trang 1Hình 3-6: Sơ đồ bảo vệ so lệch MBA
Dòng I2 đảo chiều vì vậy nó đổi dấu
Bảo vệ sẽ tác động khi: Isl > Ih còn dòng điện hãm Ih tỷ lệ với 2 lần dòng chảy qua nó
• Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ, mỗi phía được cấp bởi các nguồn dòng như nhau từ hai phía, trong trường hợp này:
1 2 1
1 1
Các thành phần dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau và tỷ lệ với hai lần dòng sự cố
• Khi sự cố bên trong, chỉ cấp dòng từ một phía:
Các thành phần dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau và tỷ lệ với dòng sự
cố
Từ các kết quả trên cho thấy rằng với dòng sự cố bên trong thì dòng điện
so lệch và dòng điện hãm bằng nhau (Isl = Ih) Vì vậy đặc tính sự cố bên trong là một đường thẳng với độ rốc bằng 1
Trang 2Hình 3 - 7: Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch
Đặc tính sự cố và đặc tính tác động của rơle được vẽ trên hình 3 - 7
Nhánh a: biểu thị giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ, với mỗi máy biến áp coi như là hằng số Dòng điện này phụ thuộc vào dòng từ hóa MBA và sai số không đổi của biến dòng
Nhánh b: Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng, các sai số của bản thân rơle do sự điều chỉnh điện áp dưới tải của MBA tạo nên, sai
số của các BI đầu vào rơle
Nhánh c: Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khóa bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bão hào không giống nhau ở các máy biến dòng
Nhánh d: Là giá trị dòng điện khởi động ngưỡng cao của bảo vệ so lệch Khi dòng điện so lệch Isl vượt quá giá trị ngưỡng cao này, lệnh cắt được triển khai mà không phụ thuộc vào dòng điện hãm Ih Các dòng điện Isl, Ih được biểu diễn trên trục tọa độ theo hệ tương đối định mức Nếu tọa độ được tính rơi vào vùng tác động thì rơle sẽ cho tín hiệu cắt, ngược lại sẽ không cho tín hiệu cắt nếu tọa độ được tính rơi vào vùng khóa trên đồ thị đặc tính
Hãm các thành phần sóng hài bậc cao
Giá trị của dòng điện so lệch không chỉ do ngắn mạch ngoài mà còn do một số nguyên nhân như:
- Do dòng điện xung kích từ hóa khi đóng máy biến áp không tải gây ra
- Do hiện tượng quá kích thích máy biến áp
Trang 3Thời gian mở khóa của bảo vệ bằng 1/2 chu kỳ đầu tiên sau thời điểm bắt
đầu sợ cố Mặt khác khi phát hiện một sự cố bên ngoài, bảo vệ bị khóa trong một thời gian có thể lựa chọn (lâu nhất là 8 chu kỳ tương đương với 160 ms ở tần số 50Hz)
Việc khóa bị xóa bỏ ngay khi điểm làm việc dịch chuyển chắc chắn (quá 2 chu kỳ) vào đặc tính sự cố
Hãm cộng thêm nó cho phép phát hiện một cách tin cậy sự cố diễn biến bên trong máy biến áp và ngay cả khi có sự cố bên ngoài, máy biến dòng bị bão hòa
3.5/ Hãm hài
Giá trị dòng điện so lệch không chỉ do sự cố bên trong MBA mà còn do một sồ thành phần dòng điện khác tạo nên:
• Do dòng điện xung kích từ hóa khi đóng MBA không tải gây nên
• Do hiện tượng quá kích thích MBA (quá điện áp)
Các nguyên nhân này khi phân tích thành phần dòng điện đều có chứa các thành phần sóng hài bậc cao như phân tích dòng từ hóa MBA người ta thấy có các thành phần hài bậc 2, 3, 4, 5 vv… Nhưng trong đó thành phần sóng hài bậc 2 chiếm tỷ lệ lớn hơn cả Hơn nữa khi phân tích dòng điện ngắn mạch thì thành phần sóng hài bậc 5 không có nên sóng hài bậc 2 được sử dụng cho mục đích ổn
định bảo vệ chống lại hiện tượng quá dòng xung kích từ hóa khi đóng MBA không tải, khi thành phần sóng hài bậc 2 lớn hơn giá trị đặt, bảo vệ sẽ bị khóa
Còn khi xuất hiện hiện tượng quá kích thích (quá điện áp) có thành phần sóng hài bậc 5 chiếm phần lớn, do đó thành phần này được sử dụng cho mục
đích ổn định Bảo vệ sẽ bị khóa khi thành phần sóng hài bậc 5 lớn hơn giá trị đặt
Các đặc tính khóa bảo vệ được vẽ trên hình 3 - 8
Trang 4Hình 3 - 8: Đồ thị ổn định sóng hài bậc 2 và sóng hài bậc 5
3.6/ Tác động cắt
Ngay khi sóng cơ bản của dòng điện so lệch đạt 85% giá trị đặt hoặc dòng hãm vượt quá 4 lần dòng định mức của MBA, bảo vệ tác động Vì vậy tác
động xảy ra ngay cả khi có sự cố bên ngoài do đó ghi sự cố và chỉ số bão hòa có thể làm việc
Tác động không được nhận ra khi dòng điện so lệch giảm xuống 70% giá trị đặt
Nếu lệnh cắt không được đưa ra thì sự cố coi như đã qua
Nếu đã có lệnh cắt, khi đó bộ đếm thời gian được khởi động
3.7/ Sử dụng ở máy biến áp đơn pha
Trong các máy biến áp 1 pha, nó được thiết kế với một hoặc hai pha trên một cuôn dây, trong trường hợp có hai pha, các cuộn dây có thể được quấn trên một hoặc hai lõi thép
Để đảm bảo các dòng điện sẽ được làm phù hợp một cách tối ưu, người
ta luôn sử dụng hai đầu vào dòng điện ngay cả khi chỉ có một biến dòng trên một pha
Hai pha cuộn dây có thể được đấu nối tiếp (tương ứng với cuộn dây đấu sao Y) hoặc song song (tương ứng với cuộn dây đấu tam giác Góc lệch pha giữa các cuộn dây chỉ có thể là 0 hoặc 1800
Trang 5bởi các ma trận hệ số Dạng chung của phương trình này là:
Trong đó: [Im]- Là ma trận dòng điện đã được biến đổi phù hợp (IA, IC)
k- Hệ số không đổi
[K]- Ma trận hệ số, phụ thuộc vào tổ nối dây MBA
[In]- Ma trận dòng điện (IL1, IL3)
Vì góc lệch pha giữa các cuộn dây chỉ có thể là 0 hoặc 1800 việc điều chỉnh này chỉ thích hợp đối với cách đối sử với dòng thứ tự không Nếu điểm đấu sao của máy biến áp được bảo vệ không nối đất (hình 3-9) thì phương trình ma trận khi đó là:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
L2 L1 B
A
I
I 1 0
0 1 1.
I
I
(3-15) Nếu điểm đấu sao của máy biến áp được nối đất, lúc này dòng thứ tự không phải được loại trừ, bằng cách tạo ra các sai lệch dòng Phương trình ma trận khi đó là:
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
ư
ư
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
L2 L1 B
A
I
I 1 1
1 1 2
1 I
I
Điều bất lợi của việc loại trừ dòng thứ tự không là làm cho bảo vệ kém nhạy hơn (hệ số 1/2) Trong trường hợp có một sự cố chạm đất bên trong vùng
được bảo vệ Độ nhạy với sự cố chạm đất cao hơn có thể đạt được nếu có được dòng trung tính bằng cách đặt máy biến dòng trung tính cho máy biến áp như hình vẽ:
Trang 6Phương trình ma trận cho cuộn dây nối đất khi đó là:
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡ +
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
st st L2
L1 B
A
I
I 2
1 I
I 1 0
0 1 1.
I
I
(3-17) Trong đó: Ist- là dòng trung tính của cuộn dây nối đất
Dòng thứ tự không được loại trừ bằng thành phần này khi có sự cố bên ngoài (minh họa trên hình 3 - 10) nhưng nó được phát hiện đầy đủ khi có sự cố chạm đất trong vùng được bảo vệ
Xử lý các đại lượng đo được khác và ma trận cắt cũng giống như bảo vệ so lệch đối với máy biến áp 3 pha
4/ Bảo vệ chạm đất có giới hạn máy biến áp
4.1/ Nguyên lý của bảo vệ
Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không dùng để bảo vệ chống sự cố chạm
đất trong các máy biến áp lực, cuộn kháng shunt, máy điện quay mà có điểm chung tính trực tiếp nối đất Nó cũng có thể sử dụng để bảo vệ cho máy biến áp
có chung tính cách điện với đất hoặc máy biến áp có cuộn dây nối tam giác, khi
đó phải sử dụng các trung tính nhân tạo
Điều kiện trước hết là có một biến dòng đặt trên dây trung tính nối đất Biến dòng trung tính và biến dòng 3 pha xác định chính xác các giới hạn của vùng được bảo vệ
Hình 3 - 11: Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không MBA có nối đất trực tiếp
Hình 3 - 10: Ví dụ cho MBA 1 pha
Trang 7Hình 3 - 12: Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không MBA có cuộn dây nối
tam giác với điểm trung tính giả
Trong điều kiện vận hành bình thường không có dòng điện đi qua trung tính và điểm đấu sao của các máy biến dòng ở các pha
Khi có một sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ, sẽ xuất hiện dòng thứ tự không ở trung tính máy biến áp (Io1) và dòng thứ tự không ở các pha (Io2) Các dòng này bằng nhau về độ lớn và cùng chiều
Khi đó: Isl0 = Io1 + Io2 khác 0 nên bảo vệ sẽ tác động
Ngược lại khi xảy ra chạm đất ngoài vùng bảo vệ, dòng điện qua dây trung tính máy biến áp (Io1) và dòng điện dư trên dây trung tính của các biến dòng pha (Io2) sẽ bằng nhau về độ lớn và ngược pha với nhau nên:
ISlo =Io1 + Io2 = 0 nên bảo vệ không tác động
Ngoài ra dòng không cân bằng có thể tồn tại do bão hòa các máy biến dòng không giống nhau, bão hòa này cũng có thể làm cho bảo vệ tác động nhầm
Để khắc phục hiện tượng này bảo vệ chống sự cố chạm đất có bộ phận khóa bảo vệ với dòng thứ tự không khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ
4.2/ Đánh giá các đại lượng đo được
Chức năng khóa bảo vệ bằng cách so sánh dòng điện đi qua trung tính nối
đất với dòng điện thứ tự không tổng ở các pha
01
)
02 01 02 01
Trang 8Trong đó: Isl0: Dòng điện đặt của bảo vệ
Ih : Dòng điện hãm (hay dòng điện lấy mẫu)
k: Hệ số, trường hợp chung giả thiết k = 1
Bảo vệ sẽ tác động cho tín hiệu cắt máy biến áp khi Isl0 > Ih
Dưới đây xét một số trường hợp sự cố có thể xảy ra:
• Sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ
Dòng điện thứ tự không (Io1) và dòng dư trên dây trung tính của các máy biến dòng pha (Io2) cùng độ lớn và ngược chiều nhau
Do vậy:
01
01 02
01 02 01
Bảo vệ sẽ tác động khi Isl0 > Ih Trong trường hợp này dòng Ih > 2Isl0 nên bảo vệ không tác động
• Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ phía cuộn dây nối hình sao mà không
có nguồn ở phía cuộn dây nối hình sao đó Khi đó:
01
Suy ra:
0 I I I I
Bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt máy biến áp vì Isl0 > Ih
• Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây nối hình sao có nguồn
đi đến Trong trường hợp này ta có:
01 02
01 02 01
Từ kết quả trên ta thấy khi sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ dòng điện hãm (Ih < 0) vẫn thỏa mãn điều kiện Isl0 > Ih và bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt máy biến áp
Tuy nhiên việc giả thuyết Io1 và Io2 trùng pha nhau trong trường hợp sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ và ngược pha nhau khi xảy ra sự cố chạm đất ở ngoài vùng bảo vệ, điều này chỉ có được khi máy biến dòng là lý tưởng Thực tế dòng điện Io1 và Io2 ở các phía lệch pha nhau
Đặc tính hãm được đặc trưng bằng hệ số k, hệ số này phụ thuộc vào góc
Trang 9Hình 3 - 13: Đặc tính làm việc của bảo vệ chống chạm đất phụ thuộc vào
góc lệch pha giữa I01 và I02 Đặc tính vẽ cho trường hợp I01=I02 ( =1800 khi ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ)
Đồ thị minh họa quan hệ của I01 và I02
Hình 3 - 14: Đồ thị quan hệ giữa I 01 và I 02 và góc pha = (I 01 , I 02 )
Từ đồ thị ta thấy nếu ± khi đó thành phần hãm bằng không
Trang 105/ Một số chức năng khác trong 7UT51*
5.1/ Bảo vệ quá dòng có thời gian
Trong rơle bảo vệ so lệch 7UT51* được trang bị một bảo vệ quá dòng có thời gian tích hợp Nó có thể làm việc cho bất cứ phía nào của đối tượng bảo vệ Với 7UT512, bảo vệ quá dòng có thời gian có thể làm việc cho cả phía điện áp cao hoặc thấp của MBA, phía đầu cực hay trung tính của máy phát hay đông cơ vv…còn với 7UT513 thì bảo vệ quá dòng có thời gian có thể làm việc với bất cứ phía nào của MBA 3 cuộn dây, máy phát hay động cơ hoặc điểm rẽ nhánh có 3 phía
Nếu ta sử dụng 7UT513 được sử dụng cho MBA 2 cuộn dây, máy phát hay
động cơ hoặc điểm rẽ nhánh có 2 phía thì bảo vệ quá dòng có thì gian có thể dùng bảo vệ cho một “đối tượng ảo” khác nếu muốn
Có thể dùng bảo vệ quá dòng như bảo vệ quá dòng với thời gian độc lập hoặc phụ thuộc với đường đặc tính thời gian được trang bị là loại rốc chuẩn (standard inverse time – SIT), rất rốc (very inverse time – VIT) và loại cực kỳ rốc (extremely invese time – EIT) theo tiêu chuẩn IEC-253-3 Với thời gian tác
động tính theo phương trình:
Đường cong rốc chuẩn:
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
ư
=
1
14 0
02 0
m TD
t td ; =ư ⎢⎣⎡ ư 1 ⎥⎦⎤
08 1
2
m TD
Đường cong rất rốc:
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
ư
=
1
5 13
m TD
t td ; =ư ⎢⎣⎡ ư 1 ⎥⎦⎤
5 13
m TD
Đường cong cực kỳ rốc :
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
ư
=
1
80
2
m TD
t td ; =ư ⎢⎣⎡ ư 1 ⎥⎦⎤
80
2
m TD
Các giá trị tác động của bảo vệ quá dòng có thời gian luôn quy đổi theo dòng định mức của đối tượng bảo vệ Nghĩa là với máy biến áp dòng định mức của cuộn dây được lấy từ công suất định mức và điện áp định mức của cuộn dây
đó, còn với máy phát hay động cơ nó chính là dòng định mức của thiết bị hoặc với điểm rẽ nhánh là dòng định mức của nhánh đó
Trong điều kiện thao tác bằng tay khi có sự cố, bảo vệ quá dòng có thời gian có thể cung cấp lệnh cắt nhanh, thời gian trễ gán cho nó bị bỏ qua trong trường hợp này Điều kiện cần là lệnh cắt phải được lặp qua một đầu vào nhị phân của rơle
