bảo vệ rơ le và tự động hóa trong hệ thống điện

Bảo vệ các đường dây tải điện III.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN  Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng  Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng  Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng  Bảo vệ qu

BẢO VỆ RƠ LE

VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Phần I

Bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Chương III

BẢO VỆ CÁC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

III Bảo vệ các đường dây tải điện

III.1 GIỚI THIỆU CHUNG

 Vai trò của đường dây tải điện – Các sự cố

 Phân loại đường dây tải điện

 Phương thức bảo vệ cho các đường dây tải điện

III.1 Giới thiệu chung

 Nhiệm vụ của đường dây tải điện?

 Các sự cố đối với đường dây tải điện

Ngắn mạch, chạm đất, đứt dây

Quá điện áp

Quá tải

III.1 Giới thiệu chung

 Phân loại đường dây tải điện

Theo chủng loại đường dây: Đường dây không, cáp ngầm, đường dây dài, ngắn,…

Theo cấp điện áp:

Đường dây hạ áp U<1kV Đường dây trung áp 1kV≤ U ≤ 35kV Đường dây cao áp 66kV≤ U ≤ 220kV Đường dây siêu cao áp 330kV≤ U ≤ 1000kV Đường dây cực siêu cao áp U > 1000kV

III.1 Giới thiệu chung

Quá dòng điện cắt nhanh hoặc có thời gian

Quá dòng điện có hướng

III Bảo vệ các đường dây tải điện

III.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng

 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng

 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng

 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

 Bảo vệ quá dòng thứ tự không

Nguyên lý tác động của BV quá dòng

- Tác động khi dòng điện (một pha, hai pha hoặc cả ba pha) qua phần tử bảo vệ vượt quá một ngưỡng cho trước

𝐼 ≥ 𝐼𝑘đ

- Phối hợp để bảo vệ gần chỗ sự cố nhất tác động trước

- Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha, ba pha

và sự cố chạm đất

Có thể tác động tức thời (Quá dòng cắt nhanh) hoặc tác

N3 N2

N1

III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)

 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 công thức Ikđ=Kat*Ingắn 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

III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)

1. 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 công thức Ikđ=Kat*Ingắn mạch ngoài vùng max (Hệ số Kat=1,1 ÷ 1,2)

 Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng  không sử

𝐼𝑘đ = 𝑘𝑎𝑡𝐼𝑁𝑛𝑔𝑚𝑎𝑥 với 𝑘𝑎𝑡 = 1.2 ÷ 1.3

 Dòng ngắn mạch giảm dần khi điểm ngắn mạch đi xa nguồn

 Độ lớn dòng ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ của hệ thống

 Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng

2 Vùng bảo vệ: đường dây 1 nguồn cung cấp

III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)

III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)

- Không bảo vệ được toàn bộ đường dây

III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)

Khi hệ thống A có công suất lớn hơn hệ thống B thì dòng khởi động phải chọn theo điều kiện ngắn mạch 3 pha trực tiếp trên đầu đường dây B Nếu chênh lệch công suất giữa hai hệ thống quá lớn, vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh phía hệ thống công suất bé sẽ rất hạn chế, để khắc phục nhược điểm này cần đặt bộ phận định hướng công suất ở đầu có nguồn dòng ngắn mạch bé hơn

2 Vùng bảo vệ: Hạn chế nhược điểm của BV cắt

nhanh đối với trường hợp đường dây 2 nguồn cung cấp bằng cách đặt thêm bộ phận định hướng công suất

III.2.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng

Đường dây 2 nguồn cung cấp, đặt thêm bộ phận định hướng công suất

So sánh vùng BV của bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh

không có hướng và có hướng

III.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

- Cấu tạo đơn giản

- Tác động chắc chắn, độ tin cậy cao, cắt nhanh được những trường hợp ngắn mạch trầm trọng nhất

III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

Phạm vi áp dụng

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường dùng để bảo vệ các đường dây trung áp hình tia Tính chọn lọc của bảo vệ được đảm bảo bằng nguyên tắc phân cấp việc chọn thời gian tác động Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thời gian tác động càng lớn

III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

Dòng điện khởi động

 Dòng khởi động phía sơ cấp

 Dòng khởi động phía thứ cấp:

Trong một số sơ đồ nối dây dòng điện thứ cấp I T trong biến dòng điện

có thể khác với dòng điện I R đi vào rơ le Ở tình trạng đối xứng sự khác nhau này được đặc trưng bằng hệ số sơ đồ k sđ (Nguyễn Hồng

Thái, Vũ Văn Tằm, Rơ le số: lý thuyết và ứng dụng – NXB Giáo dục,

2001)

max lv tv

mm at

mm at

K

K K

III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

2. Thời gian tác động

 Lựa chọn thời gian tác động tBV2 < tBV1 hay

 Bậc phân cấp thời gian thường chọn Dt=0.3÷0.6sec

 Đối với các rơ le điện cơ thường lấy Dt = 0,4 - 0,5s

 Với các rơ le số Dt = 0,2 - 0,3s

t t

III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

2 Thời gian tác động: bảo vệ gần chỗ sự cố nhất sẽ tác động

 Nguyên tắc bậc thang: Bảo vệ phía trước - gần nguồn hơn sẽ tác động

sau bảo vệ phía sau – xa nguồn hơn một khoảng thời gian trễ định trước

N

III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

2 Thời gian tác động: Đặc tính thời gian phụ thuộc

L

t

t2 Δt

tpt Δt

t3 Δt

III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

Sự cần thiết của bảo vệ quá dòng có hướng

Xét mạch điện hình tia HAI nguồn cung cấp

III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

- Chỉ làm việc theo một hướng công suất nhất định, quy ước từ thanh góp ra đường dây

III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

Phối hợp thời gian tác động

- Theo nguyên tắc bậc thang

- Theo nhóm các bảo vệ có cùng hướng tác động

 Với lưới điện hở hai nguồn cung cấp, nếu giả thiết tất cả các bảo vệ đều được trang bị bộ phận định hướng công suất, thì theo chiều tác động các bảo vệ được phân thành hai nhóm: nhóm lẻ gồm các bảo

vệ 1, 3, 5 với bảo vệ 5 nằm xa nguồn nhất còn đối với nhóm chẵn

(2, 4, 6) thì bảo vệ 2 nằm xa nguồn nhất

 Nếu trên thanh góp nhiều đường dây ra, thì thời gian làm việc của

bảo vệ quá dòng đoạn gần nguồn hơn phải phối hợp với thời gian

làm việc lớn nhất của bảo vệ quá dòng đặt ở đường dây nối với

thanh góp liền kề, nghĩa là:

III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

Phối hợp thời gian tác động

tn = max {tn-1} + D t

III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng Xác đinh vị trí đặt định hướng công suất

So sánh thời gian của 2 BV trên cùng đối tượng

III.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian (I> hay 51)

3 Đánh giá

 Độ tin cậy

- Cấu tạo đơn giản

- Tác động chắc chắn, độ tin cậy cao

 Tính chọn lọc

- Đảm bảo chọn lọc bằng nguyên tắc bậc thang từng cấp

- BV I> vô hướng chỉ chọn lọc với lưới điện hình tia một nguồn cung cấp,

khắc phục bằng cách thêm bộ phận định hường công suất – BV I> có hướng

 Tính tác động nhanh

- Thời gian tác động của bảo vệ ở đầu nguồn lớn

- Khắc phục bằng cách chọn đặc tính thời gian phụ thuộc

 Độ nhạy

- Bị hạn chế vì tính dòng khởi động theo dòng làm việc cực đại

 Phạm vi ứng dụng

- Bảo vệ chính cho đường dây phân phối (hình tia 1 hoặc 2 nguồn cấp)

- Bảo vệ dự phòng cho MFĐ, MBA, đường dây truyền tải

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

Bảo vệ quá dòng Điều kiện khởi động IN≥Ikđ

Quá dòng có thời gian

III.2.5 Quá dòng thứ tự không (Io> hay 51N)

Sử dụng bộ lọc dòng điện thứ tự không để bảo vệ chống chạm đất trong mạch điện có dòng cham đất lớn

kđ 0 1 0 3 I

III.2.5 Quá dòng thứ tự không (Io> hay 51N)

 Thời gian làm việc: phối hợp với các BV51N khác

Thời gian làm việc bé hơn so với bảo vệ quá dòng cùng cấp (vì số cấp chỉnh định thời gian trong mạng thứ tự không ít hơn nhiều so với số cấp trong mạng thứ tự thuận)

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

Đường dây dài cuối đường dây nhỏ Dòng ngắn mạch

Mang tải nặng Dòng khởi động lớn

Để tăng độ nhạy của bảo vệ quá dòng đôi khi người ta sử dụng thêm khoá điện

áp thấp

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

mm at

U

min N

n

U U

n

U





Bảo vệ các đường dây tải điện

III.3 BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN

 Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm

 Nguyên lý bảo vệ so sánh pha dòng điện

 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ

III.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

- So sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử

được bảo vệ

- Tác động khi độ lệch dòng điện giữa hai đầu vượt quá

một giá trị cho trước D  I Ikd

III.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

180

 

III.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

- Sai số của máy biến dòng

- Hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến dòng

- Có giá trị lớn, tồn tại trong thời gian ngắn

Các BI không lý tưởng

T1 T 2 kcb o

III.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

do sai số của BI khi có ngắn mạch ngoài, người ta sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ

III.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

III.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

 Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng điện làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm nên rơ le so lệch (So sánh biên độ của Ilv và

 TH 2 nguồn: Để bảo vệ có thể làm việc, dòng điện làm việc phải chọn lớn hơn dòng điện hãm, nghĩa là:

trong đó : kH - là hệ số hãm và kH < 1; thường chọn kH = 0,2 - 0,5

Giới hạn dưới của hệ số hãm được chọn cho miền có dòng điện ngắn mạch bé để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, còn ở miền có dòng điện ngắn mạch lớn thường chọn hệ số hãm cao để ngăn chặn tác động nhầm một cách chắc chắn

SL kd H H

I  I  K I

III.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

III.3.2 Bảo vệ so sánh pha dòng điện

III.3.2 Bảo vệ so sánh pha dòng điện

Sơ đồ khối so sánh dòng điện pha riêng biệt

III.3.2 Bảo vệ so sánh pha dòng điện

Tín hiệu dòng điện khi ngắn mạch trong và ngoài vùng

III.3.3 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ

Sử dụng khi hai đầu của đối tượng được bảo vệ ở cách xa nhau

III.3.3 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ

Sử dụng khi hai đầu của đối tượng được bảo vệ ở cách xa nhau

III.3.3 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ

Nhược điểm của so lệch dùng dây dẫn phụ

- Điện áp cảm ứng trong dây dẫn phụ ở chế độ NM chạm đất trên đường dây bảo vệ có giá trị lớn  nguy hiểm cho người và thiết bị phía thứ cấp

- Dòng điện nạp do điện dung của dây dẫn phụ lớn

Bảo vệ các đường dây tải điện

III.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21)

 Chọn giá trị khởi động

 Phối hợp vùng làm việc

III.4.1 Chọn giá trị khởi động

 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 trởđo 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

III.4.1 Chọn giá trị khởi động

bảo để sự cố sát thanh góp B (N2, N3) không bị rơi vào vùng

1 của BV1)

 Vùng 2 của BV1 là bảo vệ dự phòng cho BV3 và BV5 do đó:

Vùng 2 của BV1 không thể bảo vệ vượt quá Vùng 1 của các bảo vệ liền kề (BV3;BV5)

Phối hợp với đường dây ngắn nhất (bảo vệ tới 50% của đường dây ngắn nhất)

III.4.1 Chọn giá trị khởi động

(đường dây BD) – Tuy nhiên không được quá vùng 2 của các bảo vệ BV3; BV5

 Vùng 3: tính tới khả năng ảnh hưởng của tải nặng và trường hợp xảy ra dao động công suất Có thể sử dụng bảo vệ quá dòng điện

III.4.1 Chọn giá trị khởi động

Vùng hướng ngược (Z3R)

Vùng bảo vệ để gia tăng hiệu quả bảo vệ

Bảo vệ dự phòng cho thanh góp

III.4.2 Phối hợp vùng bảo vệ

Ba vùng tác động theo hướng thuận

t

t

D

II B

t

t

D

II C

t

t

D

III A

t

t

D

III B

t

Bảo vệ các đường dây tải điện

III.5 BẢO VỆ SO SÁNH HƯỚNG

CÔNG SUẤT

III.4.1 Bảo vệ theo hướng công suất thứ tự không

Nguyên lý

III.4.1 Bảo vệ theo hướng công suất thứ tự không