Đồ án môn học rơ le vành

Các yêu cầu đối với bảo vệ Rơle: 2.1 Tác động nhanh: Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại phần tử đó, càng giảm được thời gian tụt thấp điện áp ở cá

LỜI NÓI ĐẦU

********

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay Trong bất kì lĩnh vực nào như

sản xuất, sinh hoạt,an ninh đều cần sử dụng điện năng Việc đảm bảo sản xuất điện năng để

phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện nay Bên cạnh việc

sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũng đóng vai trò rất quan trọng trong hệ

thống điện Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng,

phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập,

ngắn mạch cũng tăng theo Chính vì vậy ta cần thiết kế những thiết bị có khả năng giảm thiểu,

ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra Một trong những thiết bị phổ biến để thực hiện

chức năng đó là rơle

Qua bộ môn bảo vệ rơle chúng ta có thể xây dựng cho mình những kiến thức để có thể

bảo vệ được hệ thống điện trước các hậu quả do sự cố trong hệ thống gây ra và đảm bảo cho

hệ thống làm việc an toàn, phát triển liên tục bền vững

Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô

bộ môn, đặc biệt là của cô giáo Vũ Thị Anh Thơ Dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức của

em còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy còn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi những sai sót Em

rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để bản đồ án cũng như kiến

thức của bản thân em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là cô giáo Vũ Thị Anh Thơ đã giúp

ĐỀ BÀI Tính toán bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng thứ tự

không cho đường dây cung cấp điện L1 và L2 trong sơ đồ lưới điện dưới đây:

- Nhiệm vụ và các yêu cầu đối với bảo vệ rơle

- Các nguyên lý bảo vệ rơle đã học

2 Phần tính toán:

- Chọn BI

- Tính toán ngắn mạch

- Tính toán các thông số bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng cực đại và

quá dòng TTK cho đoạn đường dây L1 và L2 Tính toán thời gian tác động của bảo vệ quá

dòng cực đại với đặc tính thời gian phụ thuộc với I*=IN/Ikđ và Tp là hằng số thời gian, thời gian

cắt của các phụ tải tpt1=tpt2= 0.5sec

- Xác định vùng bảo vệ của các bảo vệ cắt nhanh và kiểm tra độ nhạy của các bảo

vệ

PHẦN LÝ THUYẾT

******

I Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:

1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:

Khi thiết kế hoặc vận hành bất kì 1 hệ thống điện nào cũng phải kể đến các khả năng

phát sinh các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện Hậu quả

của ngắn mạch là:

- Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.

- Phá hủy các phần tủ có dòng điện ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và cơ

- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình

thường như là quá tải Khi quá tải, dòng điện tăng cao làm nhiệt độ của các phần dẫn điện

vượt quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện cần

có các thiết bị phát ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra các

phần tử bị hư hỏng và cắt nó ra khỏi hệ thống điện Thiết bị này được thực hiện nhờ các khí

cụ tự động gọi là rơle Thiết bị bảo vệ thực hiện nhờ những rơle gọi là thiết bị bảo vệ rơle

Như vậy: nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơ le là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi

hệ thống điện Ngoài ra, còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình

thường của các phần tử trong hệ thống điện Tùy mức độ mà bảo vệ rơ le có thể tác động hoặc

báo tín hiệu đi cắt máy cắt

2 Các yêu cầu đối với bảo vệ Rơle:

2.1 Tác động nhanh:

Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại phần tử đó,

càng giảm được thời gian tụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ và càng có khả năng giữ được ổn

định của hệ thống điện

Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ rơle

Tuy nhiên trong một số trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thể thỏa

mãn yêu cầu chọn lọc Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tùy điều kiện cụ thể

cần xem xét kỹ càng hơn về 2 yêu cầu này

2.2 Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự

cố ra khỏi hệ thống Theo nguyên lý làm việc có thể phân ra:

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra trong

một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử

lân cận

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo

vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

2.3 Độ nhạy: Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo

vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy

: đối với bảo vệ dự phòng

2.4 Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn

+ Độ tin cậy tác động: là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm

vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ

+ Độ tin cậy không tác động: là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình

thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định

2.5 Tính kinh tế: Đối với lưới điện trung, hạ áp vì số lượng các phần tử cần được bảo vệ

rất lớn, yêu cầu đối với thiết bị không cao bằng thiết bị bảo vệ ở cá nhà máy điện lớn hoặc

lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần chú ý tới tính kinh tế trong lựa chọn thiết

bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật với chi phí nhỏ nhất

II Các nguyên lý bảo vệ đã học:

1 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

mức Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ được chia thành 2 loại:

+ Bảo vệ dòng điện cực đại, kí hiệu 51, 51N hay I>, I0>: là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn

lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung

cấp thì thời gian tác động càng lớn

+ Bảo vệ dòng điện cắt nhanh, kí hiệu 50, 50N hay I>>, I0>>: là loại bảo vệ đảm bảo tính

chọn lọc bằng cách chọn giá trị dòng điện tác động lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch ngoài

lớn nhất

2 Bảo vệ so lệch dòng điện:

Là loại bảo vệ làm việc theo nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở hai đầu phần

tử được bảo vệ Nếu sự sai lệch vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động

3 Bảo vệ khoảng cách:

Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơ le tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc vào

quan hệ giữa điện áp UR và dòng điện IR đưa vào rơ le và góc pha giữa chúng

t = f  ϕR  

R

R , I U

Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ đặt bảo vệ tăng

lên Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất

4 Bảo vệ dòng điện có hướng:

Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơ le và góc pha giữa dòng điện

ấy vơi điện áp trên thanh góp có đặt bảo vệ cung cấp cho rơ le Bảo vệ sẽ tác động khi dòng

điện vào rơ le vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch

trên đường dây được bảo vệ

→

Từ đó, thấy rằng bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điện cực đại cộng

thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và áp vào rơ le

5 Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:

Thực chất là bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không để lấy thành phần thứ tự không

của dòng 3 pha Khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất sẽ xuất hiện dòng thứ tự không vào rơ le

Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt của rơ le thì sẽ tác động cắt máy cắt

6 Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:

Bảo vệ này lấy dòng điện làm việc vào rơ le là dòng tổng của 3 BI đặt ở 3 pha Khi có

ngắn mạch 1 pha dòng vào rơ le bao gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không và thành phần

dòng không cân bằng Người ta chọn dòng khởi động của rơ le lớn hơn dòng không cân bằng

tính toán nhân với 1 hệ số kat nào đó Nên khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất thì dòng vào rơ le

lớn hơn dòng khởi động và bảo vệ tác động cắt máy cắt Khi xảy ra các loại ngắn mạch khác

thì thành phần 3 I0 không tồn tại và rơ le không tác động

III Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của

từng bảo vệ đặt cho đường dây:

Đường dây cần bảo vệ là đường dây 110kV, là đường dây cao áp,để bảo vệ ta dùng các

loại bảo vệ:

- Quá dòng điện cắt nhanh hoặc quá thời gian

- Quá dòng điện có hướng

- So lệch dùng cấp thứ cấp chuyên dùng

- Khoảng cách

Trong nhiệm vụ thiết kế bảo vệ của đồ án ta xét bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh và quá

dòng điện có thời gian

1 Bảo vệ quá dòng có thời gian:

- Nhiệm vụ: Dùng để bảo vệ cho các lưới hở có 1 nguồn cung cấp, chống ngắn mạch giữa

các pha

- Sơ đồ nguyên lý làm việc: Chia làm 2 loại

a Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập:

- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên

tắc từng cấp Bảo vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất

Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ IKĐ trong trường hợp này được xác định bởi:

max lv i tv

mm at RL

n k

k k

Trong đó:

Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất

kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai sốkhi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bịbiến động)

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 hiệnhành Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời gian của bảo vệ saocho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệliền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về nguồn)

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

Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó thực hiện đượckhả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được tính tác động nhanh của bảo

vệ Một trong những phương pháp khắc phục là người ta sử dụng bảo vệ quá dòng với đặctuyến thời gian phụ thuộc Hiện nay các phương thức tính toán chỉnh định rơle quá dòng số vớiđặc tính thời gian phụ thuộc do đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn nên trên thực tế vẫn chưađược thống nhất về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm định các giátrị đặt

Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng tronglưới điện hình tia cho trường hợp đặc

tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập

Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các đường dây có dòng

sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch Trong trường hợp này nếu sử dụng đặctuyến độc lập thì nhiều khi không đảm bảo các điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt sự cố, ổn địnhcủa hệ thống Hiện nay người ta có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặctuyến thời gian phụ thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độclập

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công thức:

Ikđ-51 = k.Ilvmax

5,13

2 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50):

+ Nhiệm vụ: Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống loại bỏ

dòng sự cố đảm bảo an toàn cho hệ thống và vẫn làm việc bình thường

+ Nguyên lý làm việc: 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 ngắn điện mạch lớn nhất

đi qua chỗ dặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo

+ Thông số khởi động :

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Ikđ50 = kat INngmax

Với: kat : hệ số an toàn Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3

INngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại Thường lấy bằng giá trị dòng ngắn

mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

+ Vùng tác động : Vùng tác động của bảo vệ không bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây

được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch ,chế độ vận hành của hệ thống Phạm vi bảo

vệ : Lcn-50max - Lcn-50min

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh : Sơ đồ nguyên lý ,phạm vi bảo vệ , chọn Ikđ

3 Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:

Những mạng có dòng chạm đất lớn là những mạng có trung tính nối đất trực tiếp Những

mạng này đòi hỏi bảo vệ phải tác động cắt máy cắt khi có ngắn mạch 1 pha

- Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ được trìn bày như hình vẽ sau:

Ta thấy bảo vệ dùng ba biến dòng đặt ở 3 pha làm đầu vào cho 1 rơ le

Dòng vào rơ le bằng:

IR = Ia+ Ib + Ic

Ta có:

Ia = (IA - IAμ).

T

S

W W

Hay là: IR = i

0

n

I 3

Thời gian làm việc của bảo vệ cũng được chọn theo nguyên tắc từng cấp để đảm bảo tính

chọn lọc nhưng chỉ áp dụng trong mạng trung tính nối đất trực tiếp

→

Bảo vệ chống ngắn mạch 1 pha có thời gian làm việc bé hơn so với bảo vệ quá dòng

chống ngắn mạch giữa các pha và có độ nhạy cao hơn

- Áp dụng: trong các mạng có trung tính nối đất trực tiếp

4 Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:

- Nhiệm vụ: Bảo vệ cho các mạng có trung tính cách đất, hoặc nối đất qua cuộn dập hồ

quang, thường áp dụng cho các đường dây cáp

- Sơ đồ nguyên lý:

Vì giá trị dòng chạm đất bé nên những bảo vệ nối pha rơ le toàn phần không thể làm việc

với những dòng chạm đất nhỏ như vậy Nên thực tế người ta phải dùng các bộ lọc thành phần

thú tự không như hình vẽ sau:

Ở điều kiện bình thường, ta có: IA + IB + IC = 0, từ thông trong lõi thép bằng 0 và mạch

thứ cấp không có dòng điện nên I2 = 0, rơ le không làm viêc

Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3I0 chạy vào rơ le nên rơ le tác động

5 Bảo vệ so lệch:

5.1 Bảo vệ so lệch dòng điện

a 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 vượt quá trị số cho trước ( giá trịkhởi động) thì bảo vệ sẽ tác động ΔI > Ikđ

Là loại bảo vệ có tính chọn lọc tuyết đối, vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạnbằng vị trí đặt của hai tổ máy biến dòng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệudòng điện để so sánh

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện và đồ thị véc tơ dòng điện

- Dòng điện so lệch chạy qua rơ le

ISL = ∆ =I IT −IT =IR

* Tính trạng làm việc đối với các BI lí tưởng

- Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (N1):

IT =IT → ∆ =I 0,. δ =0

=> Bảo vệ không tác động (hình a)

Dòng điện không cân bằng do :

+ Sai số của máy biến dòng

+ Hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến dòng do dòng ngắn mạch ngoài

- Do đó dòng điện khởi động sẽ được tính toán như sau:

Ikcbttmax = fimax.kđn.kkcb.INngmax+ fimax : sai số cực đại cho phép của BI, fimax = 10%

+ kđn : hệ số đồng nhất của các BI, kđn = 0 ÷ 1

+ kkcb : hệ số kể đến thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch

+ INngmax : thành phần chu kì của dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất

b Các biện pháp nâng cao độ nhạy

- Tăng thời gian tác động của bảo vệ (do Ikcb chỉ tồn tại trong thời gian ngắn)

- Dùng điện trở phụ:

Hình 2.16: Sơ đồ bảo vệ so lệch dung điện trở phụ

+ Làm giảm ảnh hưởng của Ikcb khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

+ Giảm dòng điện so lệch đi vào rơ le khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ

Tuy nhiên mức độ giảm thâp đối với 2 thành phần dòng điện này là khác nhau Bảo vệ solệch trở kháng cao (dùng cho MBA tự ngẫu)

- Dùng máy biến dòng trung gian (BIG)

Hình 2.17: Sơ đồ bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng trung gian

+ Trước khi dòng điện được đưa vào rơ le, tín hiệu được đi qua một máy biến dòng trunggian (BIG)

+ BIG biến đổi rất kém dòng điện không cân bằng (thành phần tần số cao) nên loại trừ ảnhhưởng của thành phần Ikcb

+ BIG có mạch từ phức tạp do sự chống đất của mạch từ tuyến tính và phi tuyến nên ít được

sử dụng

- Dùng bảo vệ so lệch có hãm

- Điều kiện khởi động: Ikđ = kH.IH ( với kH = 0,25 hoặc kH = 0,5)

5.2 So sánh pha của dòng điện

IS1 N1 IS2 N2

kênh truyền

Cắt Cắt

Hình 2.19: Bảo vệ so sánh pha dòng điện

a) sơ đồ nguyên lý b) đặc tính góc pha bảo vệ

- Bảo vệ so sánh góc pha làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh pha của hai dòng điện ở hai

đầu của phần tử được bảo vệ Pha của dòn điện được truyền qua kênh truyền để so sánh vớinhau (hình a)

- Tính tác động nhanh: có khả năng cắt ngắn mạch nhanh

- Độ nhạy: đôi khi không đảm bảo nếu có dây dẫn phụ với tổng trở lớn, hoặc dòng khôngcân bằng lớn

- Phạm vi ứng dụng: được dùng làm bảo vệ chính cho máy phát điện, máy biến áp, thanhgóp, động cơ công suất lớn

6 Bảo vệ khoảng cách:

6.1 Nguyên tắc tác động

Bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ quá dòng có hướng có thời gian làm việc chọn theo nguyêntắc từng cấp đôi khi quá lớn và trong một số mạng vòng thì không thể đảm bảo được tính chọnlọc, các bảo vệ quá dòng cắt nhanh thì lại không bảo vệ hết hoàn toàn đường dây Do đó người

ta đã sử dụng bảo vệ khoảng cách (bảo vệ tổng trở cực tiểu)

Nguyên lý đo tổng trở được dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặc máy phátđiện bị mất đồng bộ hay thiếu (mất) kích thích Đối với các hệ thống truyền tải, tổng trở đođược tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường (bằng thương số giữa điện áp chỗđặt bảo vệ và dòng điện phụ tải) phải cao hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sự cố.Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỷ lệ với khoảng cách

từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch

Hình 2.12: Nguyên lý đo tổng trở:

a)Sơ đồ lưới điện

b)Vùng biến thiên của tổng trở phụ tải

c)Tổng trở đo trong điều kiện sự cố

d)Đặc tính khởi động của bộ phận khoảng cách

Đối với các hệ thống truyền tải, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việcbình thường (bằng tỷ số của điện áp chỗ đặt bảo vệ với dòng điện phụ tải) lớn hơn nhiều tổngtrở đo được trong chế độ sự cố Ngoài ra trong nhiều trường hợp, tổng trở của mạch vòng sự cốthường tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ tới chỗ ngắn mạch (hình 2.12)

Trong chế độ làm việc bình thường, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ phụ thuộc vào trị số

và góc pha của dòng điện phụ tải Trên mặt phẳng phức số, ở chế độ dòng điện cực đại IAmax ,nếu phụ tải thay đổi, mút vecto tổng trở phụ tải cực tiểu ZAmin sẽ vẽ nên cung tròn có tâm ở gốctọa độ của mặt phẳng tổng trở phức (hình 3.10 b))

Tổng trở của đường dây tải điện AB được biểu diễn bằng vecto ZAB trên mặt phẳng phức

Độ nghiêng của vecto ZAB so với trục hoành (điện trở tác dụng R) phụ thuộc vào tương quanđiện kháng của đường dây XAB và điện trở tác dụng của đường dây RAB

Ta có:

AB

AB D

R

X arctg

=ϕ

Khi có ngắn mạch trực tiếp tại điểm N trên đường dây, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ:

ZAN = RAN + jXAN Trị số tổng trở đo được sẽ giảm đột ngột so với chế độ làm việc bình thường

nhưng độ nghiêng của vecto tổng trở không thay đổi Khi ngắn mạch qua điện trở trung gian(thường do điện trở của hồ quang Rqđ phát sinh tại chỗ ngắn mạch), ta có tổng trở tại chỗ đặt

bảo vệ:

qđ AN qđ AN AN

Tổng trở đo được có trị số lớn hơn nhưng gócnghiêng của vecto tổng trở có giảm đi so với khi ngắn mạch trực tiếp tại N (hình vẽ 3.10 c))

6.2 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách:

Để bảo vệ khoảng cách làm việc được thì cần phải có biện pháp đo lường tổng trở đặt vàorơle, hay cần phải nghiên cứu các đặc tính tổng trở Đặc tính khởi độnglà đường biên xác địnhđiều kiện tác động của mỗi bảo vệ được biểu diễn trong mặt phẳng phức Z

Những rơle tổng trở đã chế tạo và sử dụng trong hệ thống điện có đặc tuyến khởi động rất đadạng nhằm đáp ứng tốt điều kiện vận hành của các hệ thống điện

Hiện nay nguyên lý đo tổng trở thường được sử dụng kết hợp với các nguyên lý khác như:quá dòng điện, quá điện áp, thiếu điện áp để thực hiện bảo vệ đa chức năng hiện đại

Nguyên lý đo tổng trở có thể được sử dụng để bảo vệ lưới điện phức tạp có nhiều nguồncung cấp với cấu hình bất kì Ngày nay với sự phát triển của hệ thống thông tin và truyền tínhiệu, các rơle khoảng cách ngày càng được dùng rộng rãi, nhất là các cấu hình cho phép cắt liênđộng và cho phép khóa liên động làm tăng tốc độ loại trừ sự cố

6.3 Nguyên tắc thực hiện rơle khoảng cách:

6.3.1 Lựa chọn giá trị khởi động:

Xét một hệ thống điện như hình 2.13:

Hình 2.13: Sơ đồ phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng của bảo vệ

khoảng cách.

Việc lựa chọn thời gian cho bảo vệ khoảng cách cũng được chọn theo nguyên tắc từng cấpnhư bảo vệ quá dòng điện cực đại Tức là độ lệch thời gian làm việc giữa các vùng bảo vệ liền

kề nhau Δt chọn bằng: Δt = 0,3 ÷ 0,5s

- Vùng I: bảo vệ khoảng 80 – 90% chiều dài đường dây được bảo vệ

+Thời gian khởi động chọn

)(

0 s

t I

A =

.+ Tổng trở khởi động: ví dụ bảo vệ A đặt đầu đường dây AB, tổng trở khởi động sẽ được

chọn như sau:

. AB at

I

Z =

.Trong đó: kat< 1 có xét đến sai số của các mạch đo lường, bản thân rơle khoảng cách và của

việc các định thông số tổng trở đường dây

AB

Z.

Với các rơle điện cơ kat = 0,8, với các rơle số

có độ chính xác cao hơn kat = 0,85 Nếu tổng trở của đường dây được đo trực tiếp và sử dụngrơle số thì kat= 0,9

- Vùng II: Cần phải phối hợp với bảo vệ cấp I của đường dây tiếp theo (đầu B), thôngthường vùng II sẽ bảo vệ toàn bộ đường dây AB và khoảng 20% chiều dài đường dây tiếp theo,

cụ thể chọn các thông số như sau:

+ Thời gian khởi động chọn:

)

(s t t

)

B AB at

II

.Trong đó:

+)

I

B

Z

: Tổng trở khởi động vùng thứ nhất của bảo vệ đặt ở đầu B của đường dây tiếp theo

+) kat: được chọn như trên nhằm phối hợp chọn lọc giữa hai vùng thứ II của bảo vệ A và Bliền kề

- Vùng III: Cũng chọn tương tự như vùng II với vùng bảo vệ thứ III thường bao lấy toàn bộchiều dài đường dây dài nhất tiếp theo để làm bảo vệ dự phòng cho đường dây này

Thời gian khởi động chọn:

)

(s t t

)).(

C BC at AB at

III

.Trong đó:

+) kat : được chọn như trên nhằm phối hợp chọn lọc giữa hai vùng thứ II của bảo vệ A và Bliền kề.

6.3.2 Những yếu tố làm sai lệch đến sự làm việc của rơle khoảng cách:

a Ảnh hưởng của điện trở quá độ: làm cho Zsc> Zđd => làm tăng thời gian tác động của bảo

vệ khoảng cách

b Ảnh hưởng của dòng điện trong các nhánh:

Vì tổng trở đo được bởi rơle là tỉ số giữa điện áp và dòng điện đưa vào rơle: R

Hình 2.14: Sự phân bố dòng điện trên các nhánh của đường dây mạch kép.

c Ảnh hưởng sai số của các thiết bị đo lường:

Các thiết bị đo lường BU, BI có ảnh hưởng khá lớn đến sự làm việc của rơle khoảng cách

Vì tổng trở rơle đo được phụ thuộc vào giá trị điện áp và dòng điện đo được, do đó các BU, BIcần phải đảm bảo nhỏ hơn sai số cho phép

d Các ảnh hưởng khác:

Tổng trở đo được bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khác như: dao động công suất (powerswing) , khi ngắn mạch gần nguồn có thể làm cho điện áp giảm quá thấp và các rơ le có thểkhông khởi động được, tổng trở của đường dây thay đổi khi có thiết bị bù (tụ bù dọc, kháng bùdọc, thiết bị bù ngang) và ảnh hưởng của hỗ cảm giữa các đường dây

6.3.3 Đánh giá bảo vệ khoảng cách

- Tính chọn lọc: đảm bảo tính chọn lọc trong các mạng có hình dáng bất kì với số nguồncung cấp tùy ý

- Tác động nhanh: tác động không thời gian được thức hiện đối với cấp I của bảo vệ khoảng85% chiều dài của đường dây

- Độ nhạy và tính tin cậy:

+ Làm việc tin cậy với mọi dáng lưới điện

+ Bộ phận tính toán khoảng cách phức tạp khi cần thêm bộ phận định hướng công suất

+ Phụ thuộc nhiều vào hệ thống đo lường (sai số BI, BU), tính toán tổng trở khi phát sinh hồquang tại chỗ ngắn mạch, thiết bị bù, sự dao động công suất, hỗ cảm giữa các đường dây…

- Phạm vi ứng dụng: làm bảo vệ chính cho đường dây truyền tải, bảo vệ dự phòng cho máyphát điện, máy biến áp

NỘI DUNG TÍNH TOÁN

CHƯƠNG I- CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN

*******

Để chọn các BI cho các D1 và D2, ta chỉ chọn tỉ số biến đổi nBI của BI

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn

Dòng thứ cấp lấy bằng 5A hoặc 1A

Tỉ số biến đổi của BI được tính như sau: