BẢO VỆ QUÁ DÒNG CHO SỰ CỐ CHẠM PHA SỰ CỐ CHẠM ĐẤT

Independent (Definite) Time Overcurrent Relays 10. Relay Current Setting 11. Relay Time Grading Margin 12. Recommended Grading IntervalsIndependent (Definite) Time Overcurrent Relays 10. Relay Current Setting 11. Relay Time Grading Margin 12. Recommended Grading Intervals

Trương Công Hoàng 1 đến 5

Nguyễn Minh Tựu 6 đến 12

Trương Sĩ Toàn 13,14 và 15

Đỗ Minh Toàn 16 và 17

Lý Văn Tịnh 18 và 19

Phần thuyết trình

3 Nguyên tắc phân cấp thời gian/dòng

4 Chuẩn I.D.M.T quá dòng rơle

5 Kết hợp I.D.M.T và rơle cắt nhanh

I.D.MT ( Inverse Definite Minimum Time) đặc tuyến xác định thời gian

9 Independent (Definite) Time Overcurrent Relays

10 Relay Current Setting

11 Relay Time Grading Margin

12 Recommended Grading Intervals

6 Đặc tuyến VI, quá dòng rơle

7 Extremely Inverse (EI), rơle quá dòng

8 Đặc điểm khác của rơle

18 Bảo vệ sự cố chạm đất trong mạng lưới cách ly

19 Bảo vệ sự cố chạm đất trên mạng lưới nối đất qua cuộn Petersen

i) Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống điện.

ii) Các trở kháng trong ohms, phần trăm hoặc mỗi đơn vị, của tất cả các máy biến áp, máy điện quay và mạch xuất tuyến

iii) Giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của dòng ngắn mạch

Công Hoàng

iv) Dòng tải lớn nhất chạy qua thiết bị bảo vệ

v) Yêu cầu về dòng khởi động của động cơ

vi) Khả năng chịu nhiệt và đặc tính tổn hao của máy biến áp

vii) Đường cong giảm cho thấy tỷ lệ suy giảm các sự cố được cung cấp bởi các máy phát điện

viii) Đường cong hiệu suất của máy biến áp

Công Hoàng

• Các nguyên tắc cơ bản dành cho rơle phối hợp:

a) Các rơle có đặc tính tương tự nhau có thể thay thế cho nhau ở trong hệ thống

b) Rơle càng gần nguồn có dòng thiết lập bằng hoặc lớn hơn so với các rơle đằng trước nó

Công Hoàng

3 Nguyên tắc phân cấp thời gian/dòng

• Trong số các phương pháp khác nhau có thể sử dụng, người ta sử dụng thời gian, quá dòng hoặc là kết hợp cả hai phương pháp trên

• Mỗi phương pháp cần phải đảm bảo cách ly được phần bị sự cố của mạng lưới, để phần còn lại của hệ thống không bị ảnh hưởng

Công Hoàng

3 Nguyên tắc phân cấp thời gian/dòng

3.1 Phân loại theo thời gian

Ở phương pháp này, một thiết lập thời gian thích hợp lên từng rơle kiểm soát các bộ phận ngắt

mạch trong hệ thống điện để đảm bảo cho máy cắt gần sự cố mở ra đầu tiên

Công Hoàng

VD: Nếu có 1 sự cố tại F, các rơle tại B sẽ hoạt động trong t giây và các hoạt động tiếp theo của bộ

ngắt mạch tại B sẽ khắc phục sự cố trước khi các rơle tại C, D và E có thời gian để hoạt động

Thời gian t1 khoảng thời gian giữa mỗi lần thiết lập rơle phải đủ dài để đảm bảo các rơle ở vị trí đầu

nguồn không hoạt động trước khi các máy cắt đã cắt và khắc phục sự cố

3.2 Phân loại theo dòng

• Dựa trên thực tế các sự cố dòng thay đổi theo vị trí của sự cố vì có sự khác biệt trong giá trị trở kháng giữa các nguồn và các sự cố

• Do đó, các rơle kiểm soát các bộ phận ngắt mạch khác nhau được thiết lập để hoạt động ở các giá trị phù hợp giảm dần

Công Hoàng

3 Nguyên tắc thời gian/phân loại dòng

3.2 Phân loại theo dòng

• Tuy nhiên, có 2 điểm quan trọng ảnh hưởng tới phương pháp này:

a) Nó không có cần thiết để phân biệt một sự cố ở giữa F1 và F2

b) Trong thực tế có thể có thay đổi mức độ sự cố nguồn từ 250MVA đến 130MVA Ở cấp độ

thấp hơn sự cố này, sự cố dòng sẽ không vượt quá 6800A, do đó nếu rơle A tiếp tục đặt tại 8800A thì sẽ không bảo vệ được bất kỳ một bộ phận nào có liên quan.

Công Hoàng

Tương tự với một sự cố xảy ra ở F3, dòng ngắn mạch được xác định:

Như vậy, giả định mức độ sự cố nguồn 250MVA:

Ngoài ra, giả định mức độ sự cố nguồn 130MVA:

3 Nguyên tắc phân cấp thời gian/dòng

3.3 Phân loại theo thời gian và dòng

• Cả 2 phương pháp trên đều có một số điểm bất lợi, nên cần kết hợp chúng lại với nhau

• Đối với phương pháp phân loại theo thời gian, những sự cố nghiêm trọng hơn thường được

khắc phục trong thời gian hoạt động lâu nhất

• Phương pháp phân lại theo dòng chỉ có thể được áp dụng khi có trở kháng đáng kể giữa 2 bộ phận ngắt mạch

Công Hoàng

thời gian hoặc quá dòng dẫn đến rơle nghịch đảo thời

gian quá dòng đã được phát triển Với đặc điểm này,

thời gian hoạt động là tỷ lệ nghịch với mức độ sự cố

Công Hoàng

4 Chuẩn IDMT quá dòng rơle

• Các đặc điểm tức thời / số lần ngắt của IDMT rơle có thể cần phải được thay đổi theo thời

gian ngắt yêu cầu và đặc điểm của các thiết bị bảo vệ khác được sử dụng trong mạng

Công Hoàng

• Vì mục đích này, IEC 60.255 xác định một số tiêu chuẩn như sau:

- Standard Inverse (SI)

- Very Inverse (VI)

- Extremely Inverse (EI)

- Definite Time (D)

4 Chuẩn IDMT quá dòng rơle

Các rơle cho các hệ thống điện được thiết kế ở Bắc Mỹ sử dụng đường cong ANSI / IEEE Bảng 8.1 (b) cung cấp các mô tả toán học và hình 8.4 (b) cho thấy đường cong chuẩn thời gian 1.0

Công Hoàng

Nguyễn Minh Tựu

6 Đặc tuyến VI, quá dòng rơle.

 Quá bảo vệ

Phạm vi ảnh hưởng của rơle là một phần của hệ

thống được bảo vệ bởi rơle nếu một xự cố xảy

ra Một rơle mà hoạt động cho một sự cố nằm

ngoài khu vực có thể bảo vệ được cho là

“overreach”

7 Đặc tuyến cực dốc, quá dòng Rơle

Với đặc điểm này, thời gian hoạt động tỉ lệ

nghịch với bình phương của dòng điện

Thời gian dài hoạt động đặc trưng của EI rơle tại

giá trị phụ tải đỉnh bình thường của dòng cũng

làm cho rơle này đặc biệt thích hợp để phân biệt

với cầu chì

8 Đặc điểm khác của Rơle

Đường cong người dùng định nghĩa có thể được cung cấp ở một số loại rơle kỹ thuật số hoặc rơle

số Nguyên tắc chung là người dùng nhập vào một loạt các dòng điện /thời gian phối hợp được lưu trữ trong bộ nhớ của rơle

Rơle Kỹ thuật số và rơle số có thể xác định trước các chức năng sử dụng kỹ thuật số (rơle) I/O

được cung cấp để thực hiện các yêu cầu chuẩn như lỗi CB và giám sát mạch chuyến đi Điều này tiết kiệm việc cung cấp các rơle riêng biệt hoặc PLC (Programmable Logic Controller) phần cứng

để thực hiện các chức năng này.

9 Thời gian quá dòng độc lập

Rơle quá dòng thường cũng được cung cấp với các yếu tố đặc tính có thời gian độc lập hay xác

định Những đặc điểm này cung cấp việc sẵn sàng phối hợp của một số rơle trong loạt trong các tình huống trong đó các sự cố hệ thống hiện thay đổi rất rộng rãi do thay đổi trở kháng nguồn,

cũng như không có thay đổi trong thời gian với các thay đổi của sự cố

9 Independent (Definite) Time Overcurrent Rơles

10 Thiết lập dòng trong Rơle

Một rơle quá dòng có dòng hoạt động nhỏ, được gọi là các thiết lập của rơle

01-22-40.gif

11 Thời gian phân cấp độ dự trữ biên của rơle

Khoảng thời gian phải được cho phép giữa các hoạt động của hai rơle liền kề để đạt được sự phân biệt chính xác giữa chúng được gọi là phân cấp độ dự trữ biên(grading margin)

Nếu “grading margin” không được thiết lập, hoặc là không đủ, nhiều hơn một rơle sẽ hoạt động cho một sự cố, dẫn đến khó khăn trong việc xác định vị trí của các sự cố và tổn thất không cần

thiết cung cấp cho người sử dụng

11 Thời gian phân cấp độ dự trữ biên của rơle

“Grading margin” phụ thuộc vào các yếu tố:

1/ thời gian ngắt dòng sự cố của CB

2/ sai số rơle thời gian

3/ “overshoot time”: sai số về thời gian tác động của rơle khi dòng sự cố đã bị cắt nhưng rơle vẫn chưa trở về trạng thái ban đầu do năng lượng ngắn mạch vẫn còn trong nó

4/ sai số CT

5/ sai số trong quá trình hoạt động

12 Giới thiệu các loại phân cấp thời gian

12.1 Phân cấp: Rơle sau Rơle

Tổng thời gian đáp ứng cần thiết bao gồm các phần tử trên phụ thuộc vào tốc độ hoạt động của các

bộ phận ngắt mạch và hiệu quả hoạt động rơle Tại một thời điểm 0.5s là “grading margin” bình thường Với mô hình ngắt mạch nhanh hơn và sai số tác động của rơle thấp, 0.4s là hợp lý, trong khi theo các điều kiện tốt nhất có thể được thực hiện.

12 Giới thiệu các loại phân cấp thời gian

12.1 Phân cấp: Rơle sau Rơle

12 Giới thiệu các loại phân cấp thời gian

12.1 Phân cấp: Rơle tới rơle

Khoảng thời gian phân cấp nhỏ nhất, t’, có thể được tính như sau:

Ví dụ, t = 0.5s, khoảng thời gian cho rơle điện cơ nhảy tiêu chuẩn ngắt là 0.375s, trong khi đó, ở cùng sự cố, rơle tĩnh nhảy ngắt chân không, khoảng thời gian có thể thấp hơn 0.24s

12 Giới thiệu các loại phân cấp thời gian

12.2 Phân cấp: cầu chì sau cầu chì

Thời gian hoạt động của cầu chì là gồm thời gian tiền hồ quang và thời gian hồ quang của các

phần tử tan chảy, mà nó theo định luật law ( I2t) vì thế, để đạt được sự phối hợp giữa 2 cầu chì nối tiếp, nó cần thiết để đảm bảo rằng tổng I2t được thực hiện bởi các cầu chì nhỏ hơn chứ không phải lớn hơn giá trị tiền hồ quang của cầu chì lớn hơn Nó được thành lợp bởi các thử nghiệm thỏa

mãn phân cấp giữa 2 cầu chì nói chung sẽ đạt được nếu tỉ số dòng giữa chúng là lớn hơn 2.

12 Giới thiệu các loại phân cấp thời gian

12.3 Phân cấp: Cầu chì tới rơle

Đối với rơle phân cấp đáp ứng thời gian với cầu chì, cách tiếp cận cơ bản là đảm bảo rằng bất cứ khi nào rơle dự phòng tích cực trước cầu chì và không ngược lại Nếu cầu chì đứng trước rơle, nó rất khó khăn để duy trì sự phân biệt đúng ở giá trị cao của sự cố dòng bởi vì tác động nhanh của cầu chì.

- Nhiệm vụ chính của bảo vệ rơle là tự động cô lập phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện Ngoài

ra thiết bảo vệ rơle còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của

các phần tử trong hệ thống điện

- Sự phối hợp giữa các rờle quá dòng trong HTĐ đòi hỏi sự tính toán ước lượng về cả thời gian và dòng điện của rơle

Gồm:

1 Rơle bảo vệ dòng cực đại

2 Rơle bảo vệ dòng cắt nhanh

• Sĩ Toàn

13.1 Rơle bảo vệ dòng cực đại

- Bảo vệ dòng điện cực đại là loại bảo vệ phản ứng với dòng trong phần tử được bảo vệ Bảo vệ sẽ tác

động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá một giá trị định trước nào đó

- Khi thiết lập cho rơle cần lưu ý:

a Biên độ phải thấp hơn so với dòng sự cố để khi sự cố xảy ra ở cuối xa hệ thống thì bảo vệ dự phòng

được tác động

b Cao hơn giá trị dòng khởi động của động cơ hoặc dòng quá độ máy biến áp để rơle có thể không bị tác động với dòng tải tối đa

a Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập

Thời gian làm việc được chọn theo nguyên tắc

bậc thang (từng cấp), bảo vệ ở sau gần nguồn hơn

sẽ có thời gian làm việc lớn hơn thời gian làm

việc lớn nhất của các bảo vệ đoạn trước một

khoảng thời gian ∆ t

13.1 Rơle bảo vệ dòng cực đại

Webdien-bảo vệ rơle và tự động hóa chương 2 trang 11

b Bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn

• Đặc tính thời gian của bảo vệ thứ n được chọn sao cho thời

gian tn lớn hơn t(n-1)max một bậc ∆t khi ngắn mạch ở điểm

tính toán

• Dòng bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có thể giảm thấp

hơn so với bảo vệ có thời gian độc lập

• Nhược điểm: thời gian làm việc tăng lên khi dòng ngắn mạch

gần bằng dòng khởi động

Webdien-bảo vệ rơle và tự động hóa chương 2 trang 13

13.1 Rơle bảo vệ dòng cực đại

Đánh giá bảo vệ dòng cực đại:

- Bảo vệ dòng cực đại chỉ đảm bảo được tính chọn lọc trong các mạng hình tia có một nguồn cung cấp, khi có 2 nguồn cung cấp, yêu cầu chọn lọc không được thỏa mãn cho dù máy cắt và bảo vệ được đặt ở cả 2 phía của đường dây

- Càng gần nguồn thời gian làm việc của bảo vệ càng lớn Ở các đoạn gần nguồn cần phải cắt nhanh ngắn mạch để đảm bảo sự làm việc liên tục của phần còn lại của hệ thống điện, trong khi đó thời gian tác động của các bảo vệ ở các đoạn này lại lớn nhất

13.1 Rơle bảo vệ dòng cực đại

13 Tính toán sự cố pha cài đặt rơle quá dòng

13.2 Rơle bảo vệ dòng cắt nhanh

-Bảo vệ cắt nhanh (BVCN) là loại bảo vệ đảm bảo tính

chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng

ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ rơle BVCN

thường làm việc không có thời gian hoặc thời gian làm

việc rất nhỏ để nâng cao độ nhạy và mở rộng vùng bảo

vệ

Webdien-bảo vệ rơle và tự động hóa chương 2 trang 15

Bảo vệ cắt nhanh cho 2 nguồn

- Ngắn mạch ngoài tại NA thì dòng lớn nhất chạy

qua là INngmaxB

- Ngắn mạch ngoài tại NB thì dòng lớn nhất chạy

qua là INngmaxA

Xét: INngmaxA>INngmaxB

13.2 Rơle bảo vệ dòng cắt nhanh

Webdien-bảo vệ rơle và tự động hóa chương 2 trang 17

13 Tính toán sự cố pha cài đặt rơle quá dòng

13.2 Rơle bảo vệ dòng cắt nhanh

Hiện tượng khởi động không đồng thời:

- Nếu giữa các trạm A,B ngoài đường dây được bảo vệ ra còn có các mạch liên lạc vòng phụ khác thì có thể xảy

ra hiện tượng khởi động không đồng thời giữa các bảo vệ đặt ở 2 đầu A,B của đường dây và chiều dài vùng

bảo vệ có thể tăng lên

- Hiện tượng mà một bảo vệ chỉ bắt đầu khởi động sau khi một bảo vệ khác đã khởi động và cắt máy cắt được gọi là hiện tượng khởi động không đồng thời Khi kể đến tác động không đồng thời, BVCN thậm chí có thể bảo

vệ được toàn bộ đường dây có nguồn cung cấp 2 phía

- Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ phản ứng

theo giá trị dòng điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha

giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của

trạm có đặt bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện

vượt quá giá trị định trước và góc pha phù hợp với

trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ

Webdien-bảo vệ rơle và tự động hóa chương 3 trang 21

- Đây là tiêu chuẩn kết nối của rơle tĩnh, kỹ thuật số và số Phụ

thuộc vào góc của điện áp cung cấp là dịch chuyển để tạo ra rơle

có độ nhạy cao, có 2 loại:

a 90°-30° characteristic (30° RCA)

b 90°-45° characteristic (45° RCA

14.1 Kết nối rơle vuông góc 900

Webdien-bảo vệ rơle và tự động hóa chương 3 trang 28

- Rơle pha A có dòng điện Ia và điện áp Vbc dịch pha 300

với chiều ngược kim đồng hồ Trong trường hợp này, độ

nhạy lớn nhất của rơle khi dòng điện trễ 600 với điện áp

trung tính Kết nối này một miền từ sớm pha 300 tới trễ pha

1500

- Độ nhạy tại hệ số công suất đơn vị bằng 50% của độ nhạy

lớn nhất và 86,6% tại hệ số công suất zero trễ

14.1 Kết nối rơle vuông góc 900

- Rơle pha A có dòng điện Ia và điện áp Vbc dịch pha 450

với chiều ngược kim đồng hồ Trong trường hợp này, độ

nhạy lớn nhất của rờ le khi dòng điện trễ 450 với điện áp

trung tính Kết nối này là một miền từ sớm pha 450 tới trễ

pha 1350

- Độ nhạy tại hệ số công suất đơn vị bằng 70,7% của độ nhạy

lớn nhất và bằng nhau tại hệ số công suất zero trễ

14.1 Kết nối rơle vuông góc 900

14.1.b 90°-45° characteristic (45° RCA)

Ứng dụng của rơle có hướng

• Rơle không có hướng sẽ áp dụng cho các xuất tuyến song song có nguồn phát điện duy nhất, bất

kỳ sự cố nào xảy ra trên đường dây sẽ được cách ly và ngắt nguồn

• Trong mạch vòng có số nguồn lớn hơn 1, tính chọn lọc không được đảm bảo vì không thể chọn thời gian làm việc theo bậc thang

• Rơle có hướng được lắp đặt tại đầu nhận và rơle không định hướng được lắp đặt tại đầu phát để đảm bảo hoạt động chính xác của rơle trên đường dây

• Ngắt kết nối với nguồn sẽ được thực hiện theo thời

gian và hướng của dòng sự cố

• Các sự cố dòng điện có hai hướng để chảy

• Vùng sự cố bị cô lập và cung cấp điện được duy trì

cho các vùng còn lại

 Trong mục này cung cấp chi tiết việc phân

cấp dòng điện/thời gian của một số mạng

điện ví dụ, để mà minh họa cho quá trình

tính toán cài đặt rơle và phân cấp rơle

Chúng được dựa trên một rơle quá dòng số

hiện đại thể hiện ở hình 9.28 với dữ liệu cài

đặt dựa vào rơle này

 Công tắc tơ trong chuỗi cầu chì FS1/FS2 có khả năng cắt cực đại

3kA, và rơle F2 được cài đặt để đảm bảo rằng cầu chì hoạt động trước công tắc tơ cho dòng vượt quá giá trị này Biến dòng (CT) cho các rơle F1, F2 và 5 là tồn tại với dòng phía thứ cấp là 5A, trong khi các biến dòng còn lại là mới với phía thứ cấp là 1A

 Rơle 5 là bảo vệ nguồn hữu ích, và được yêu cầu phải được cài đặt bằng cách sử dụng đặc tính SI để đảm bảo sự phân cấp với những rơle thượng nguồn