Bài giảng bảo vệ rơ le 1

Tiểu môđun 1: Nguyên tắc chung về bảo vệ rơletrong hệ thống điện A. Mục đích của tiểu mô đun B. Nội dung của tiểu mô đun Nội dung 1: Mục đích của bảo vệ rơle. Các sự cố và các chế độ làm việc không bình thường trong hệ thống điện. Hoạt động 1.1: Mục đích của bảo vệ rơle Hoạt động 1.2: Các sự cố và các chế độ làm việc không bình thường trong hệ thống điện Nội dung 2: Các loại rơle thường dùng trong các sơ đồ bảo vệ rơle. Cách biểu diễn rơle và sơ đồ bảo vệ rơle Hoạt động 2.1: Các loại rơle thường dùng trong sơ đồ bảo vệ rơle Hoạt động 2.2: Cách biểu diễn rơle và sơ đồ bảo vệ rơle Nội dung 3: Những yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle và rơle. Các dạng đặc tính tác động cơ bản của bảo vệ rơle Hoạt động 3.1: Những yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle và rơle Hoạt động 3.2: Các dạng đặc tính tác động cơ bản của bảo vệ rơle Nội dung 4:Các sơ đồ đấu nối máy biến dòng và cuộn dây rơle Hoạt động 4.1: Các sơ đồ đấu nối máy biến dòng và cuộn dây rơle C. Đánh giá tiểu mô đun Thông tin phản hồi cho câu hỏi đánh giá tiểu mô đun Tài liệu tham khảo, trích dẫn và các thiết bị dạy học cho tiểu mô đun Các bài thí nghiệm của tiểu mô đun

Tiểu môđun 1: Nguyên tắc chung về bảo vệ

rơle trong hệ thống điện

A Mục đích của tiểu mô đun:

Học xong tiểu mô đun này, ngời học có khả nănghiểu biết, năng lực và thái độ về:

- Nắm vững vai trò của các rơle trong sơ đồ bảo vệrơle

- Nắm vững 6 yêu cầu của bảo vệ rơle và các yêucầu đối với rơle

- Nắm vững nguyên lý làm việc và ứng dụng của cácsơ đồ đấu máy biến dòng và cuộn dây rơle

2 Về kĩ năng:

Có kĩ năng về:

- Phân biệt đợc các dạng sự cố và chế độ làm việckhông bình thờng của hệ thống điện

- Nhận biết đợc các loại rơle trong mạch đấu nốibằng thiết bị thực tế

- Đánh giá đợc tầm quan trọng của các yêu cầu bảo

vệ rơle để thiết kế bảo vệ rơle trong hệ thống điện

đảm bảo về mặt kĩ thuật và kinh tế

- Đấu nối chính xác sơ đồ đấu máy biến dòng vàcác cuộn dây của rơle đảm bảo yêu cầu kĩ thuật cao chomột sơ đồ bảo vệ cụ thể.

3 Vệ thái độ:

Kiên trì, quyết tâm nắm vững các nội dung chính

về nguyên tắc chung của bảo vệ rơle trong hệ thống

điện Từ đó hình thành những t duy tổng quát về bảo

vệ rơle trong hệ thống điện

B Nội dung của tiểu mô đun:

Nội dung 1: Mục đích của bảo vệ rơle Các sự cố và các chế độ làm việc không bình thờng trong hệ thống điện (2,5 tiết)

Hoạt động 1.1: Mục đích của bảo vệ rơle.

 Nhiệm vụ hoạt động 1.1:

Nhiệm vụ 1: Làm việc cá nhân, học viên tự nghiên

cứu các thông tin trong tài liệu

Nhiệm vụ 2: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:

1 Mục đích của bảo vệ rơle

Nhiệm vụ 3: Đại diện các nhóm trình bày nội dung

trên, các nhóm khác nhận xét bổ xung

Nhiệm vụ 4: Giáo viên nhận xét và tổng kết.

 Thông tin cơ bản cho hoạt động 1.1:

1.1.1 Mục đích của bảo vệ rơle.

Trong quá trình vận hành hệ thống điện không thểtránh khỏi các sự cố và các chế độ làm việc không bìnhthờng của mạng điện và các thiết bị điện Nguyên nhângây nên h hỏng, sự cố trong hệ thống điện rất đa dạng:

Giông bão, động đất, máy móc bị hao mòn, già cỗi cách

điện, do thao tác nhầm lẫn

Phần lớn sự cố đều làm tăng dòng điện và giảm

điện áp trong một số phần tử của hệ thống điện

Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trên các phần tửtrên đờng dây từ nguồn tới điểm ngắn mạch, sinh ra lực

điện động và nhiệt lợng lớn gây nguy hiểm cho các thiết

bị điện khi có dòng ngắn mạch chạy qua Hồ quang tạichỗ ngắn mạch nếu không đợc loại trừ kịp thời có thể đốtcháy thiết bị, gây hoả hoạn

Điện áp giảm xuống phá huỷ sự làm việc bình thờngcủa các hộ tiêu thụ và sự ổn định của các máy phát điện

đang làm việc song song làm ảnh hởng tới chế độ làmviệc bình thờng và có thể phá hỏng các thiết bị điện.Tồi tệ hơn, có thể làm mất ổn định và tan rã hệ thống

Những hậu quả nguy hiểm trên có thể khắc phục

đ-ợc nếu phát hiện nhanh chóng và cách ly phần tử h hỏng rakhỏi Hệ thống điện

Thiết bị bảo vệ đơn giản nhất đợc sử dụng sớmnhất trong hệ thống điện là cầu chì Cầu chì là chỗ yếu

đợc tạo ra một cách có chủ định trong mạch điện đểngắt mạch bằng dây chảy khi có dòng sự cố chạy qua.Ngày nay cầu chì vẫn đợc sử dụng rộng rãi trong lới điệncung cấp có điện áp nhỏ hơn 35 kV, do có kết cấu đơngiản, rẻ tiền và làm việc khá chắc chắn

Tuy nhiên trong hệ thống điện hiện đại đối với cácphần tử quan trọng nh: Máy phát điện, máy biến áp cócông suất lớn, hệ thống thanh góp, hệ thống đờng dây

truyền tải với điện áp cao và siêu cao áp không thể dùngcầu chì đợc vì những lý do sau:

- Dòng tác động không chính xác phụ thuộc vào chấtliệu và công nghệ chế tạo dây chảy của cầu chì

- Khó phối hợp tác động đảm bảo tác động chọn lọctrong lới có cấu trúc phức tạp

điện hoặc thiết bị điện

Hoạt động 1.2: Các sự cố và các chế độ làm việc không bình thờng trong hệ thống điện

 Nhiệm vụ hoạt động 1.2:

Nhiệm vụ 1: Làm việc cá nhân, học viên tự nghiên

cứu các thông tin trong tài liệu

Nhiệm vụ 2: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:

1 Các sự cố trong hệ thống điện

2 Các chế độ làm việc không bình thờng trong hệthống điện

Nhiệm vụ 3: Đại diện các nhóm trình bày một trong

các nội dung trên, các nhóm khác nhận xét bổ xung

Nhiệm vụ 4: Giáo viên nhận xét và tổng kết.

 Thông tin cơ bản cho hoạt động 1.2:

1.2.1 Các sự cố trong hệ thống điện.

1.2.1.1 Ngắn mạch.

Ngắn mạch là dạng sự cố nguy hiểm nhất, ngắnmạch có thể xẩy ra giữa các pha, ngắn mạch giữa cácpha kèm chạm đất, ngắn mạch một pha, chạm đấtmột pha Trong máy điện và máy biến áp ngoài cácdạng sự cố trên còn có dạng ngắn mạch giữa các vòngdây trong một pha

Khi ngắn mạch, dòng điện chạy qua các phần tửtăng lên, do đó sụt áp trên các phần tử cũng tăng lênlàm giảm điện áp tại tất cả các điểm của lới điện

Do dòng điện tăng cao nên nhiệt lợng và hồquang sinh ra tại chỗ ngắn mạch tăng cao sẽ làm phá

huỷ các thiết bị tại vị trí sự cố và trên đờng dây.Mặt khác nó còn gây nguy hiểm cho các phần tửkhông bị sự cố có dòng này chạy qua.

Ngoài ra khi ngắn mạch điện áp giảm xuống rấtthấp sẽ phá huỷ sự làm việc bình thờng của các hộtiêu thụ trên toàn hệ thống

Hậu quả nguy hiểm nhất của ngắn mạch là pháhuỷ sự làm việc song song ổn định của các máy phát

và có thể làm tan rã hệ thống điện

1.2.1.2 Chạm đất một pha trong lới có trung tính cách điện với đất.

Khi chạm đất một pha trong lới có trung tính cách

điện với đất thì dòng chạm đất một pha rất nhỏ chỉbao gồm thành phần dòng điện điện dung của cácpha không bị chạm đất, do vậy nó không làm lệchméo điện áp giữa các pha Song điện áp của hai phakhông sự cố so với đất tăng lên bằng điện áp dây uyhiếp cách điện của các pha không sự cố Do đó chạm

đất một pha không cần cắt nhanh nhng cũng không

đợc để tồn tại quá dài

1.2.2 Các chế độ làm việc không bình thờng trong hệ thống điện.

1.2.2.1 Quá tải.

Quá tải làm cho dòng điện chạy qua thiết bị lớnhơn dòng định mức, thiết bị sẽ bị phát nóng quámức cho phép, làm tăng hao mòn cách điện và cóthể dẫn đến h hỏng thiết bị Để ngăn ngừa sự cố của

thiết bị khi quá tải cần phải áp dụng các biện phápgiảm tải hoặc cắt thiết bị khỏi lới.

1.2.2.2 Tần số giảm.

Nguyên nhân làm cho tần số giảm là công suấtcủa nguồn nhỏ hơn công suất tiêu thụ do cắt độtngột một số máy phát đang làm việc

Khi tần số giảm làm giảm tốc độ quay của các độngcơ điện

Nếu tần số giảm nhiều (47ữ 45) Hz có thể pháhuỷ chế độ làm việc bình thờng của hệ thống nănglợng Để ngăn ngừa sự cố này cần phải khôi phụcnhanh cân bằng công suất giữa nguồn và hộ tiêu thụbằng cách đóng các máy phát dự phòng (tự động)hoặc tự động cắt bớt một phần hộ tiêu thụ

1.2.2.3 Điện áp tăng cao.

Điện áp tăng cao quá giá trị cho phép thờng xuấthiện ở các máy phát thuỷ điện khi cắt đột ngột phụtải của chúng Khi cắt tải các máy phát thuỷ điện làmtăng tốc độ quay, tăng sức điện động của máy phát

đến trị số nguy hiểm cho cách điện của nó Để bảo

vệ máy phát cần phải giảm dòng kích thích hoặccắt máy phát

Quá áp gây nguy hiểm cho thiết bị có thể xuấthiện khi đóng hoặc cắt một phía đờng dây truyềntải điện năng dài có dung dẫn lớn

Nội dung 2: Các loại rơle thờng dùng trong các sơ đồ bảo vệ rơle Cách biểu diễn rơle và sơ đồ bảo vệ rơle (1 tiết)

Hoạt động 2.1: Các loại rơle thờng dùng trong sơ đồ bảo vệ rơle.

 Nhiệm vụ hoạt động 2.1:

Nhiệm vụ 1: Làm việc cá nhân, học viên tự nghiên

cứu các thông tin trong tài liệu

Nhiệm vụ 2: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:

1 Vai trò của các rơle dòng điện, điện áp, thời gian,tín hiệu, trung gian trong sơ đồ bảo vệ rơle

Nhiệm vụ 3: Đại diện các nhóm trình bày một trong

các nội dung trên, các nhóm khác nhận xét bổ xung

Nhiệm vụ 4: Giáo viên nhận xét và tổng kết.

 Thông tin cơ bản cho hoạt động 2.1:

2.1.1 Vai trò của rơle dòng điện trong sơ đồ bảo

Rơle điện áp cực đại (rơle quá áp) sẽ tác động đóngtiếp điểm thờng mở khi đặt vào cuộn dây của rơle lớn

điện áp khởi động của rơle

Rơle điện áp cực tiểu (rơle kém áp) sẽ tác động

đóng các tiếp điểm thờng đóng khi điện áp đặt vàocuộn dây của rơle nhỏ hơn điện áp khởi động của rơle

Trong các sơ đồ bảo vệ rơle, rơle điện áp là bộphận khởi động theo điện áp

2.2.3 Vai trò của rơle thời gian trong sơ đồ bảo vệ rơle.

Rơle thời gian có bộ phận duy trì thời gian tác độngnhờ cơ cấu đồng hồ Nhờ vậy đảm bảo cho các sơ đồbảo vệ rơle làm việc chọn lọc và tin cậy Trong các sơ đồbảo vệ rơle, rơle thời gian là bộ phận tạo thời gian duytrì

2.2.4 Vai trò của rơle tín hiệu trong sơ đồ bảo vệ rơle.

Rơle tín hiệu có bộ phận cờ báo tín hiệu hoặc còibáo hiệu Khi sơ đồ bảo vệ rơle tác động đến máy cắt,rơle tín hiệu sẽ báo tín hiệu tác động cho công nhânvận hành biết Do đó trong các sơ đồ bảo vệ rơle, rơletín hiệu là bộ phận báo tín hiệu

2.2.5 Vai trò của rơle trung gian trong sơ đồ bảo

vệ rơle.

Rơle trung gian có các tiếp điểm cho phép dòng

điện có giá trị lớn chạy qua Rơle trung gian đợc dùngtrong các sơ đồ bảo vệ rơle khi yêu cầu phải có dòng

điện lớn chạy vào cuộn cắt của máy cắt Do đó trong các

sơ đồ bảo vệ rơle, rơle trung gian là bộ phận tăng côngsuất cắt đa đến cuộn cắt của máy cắt.

Hoạt động 2.2: Cách biểu diễn rơle và sơ đồ bảo

vệ rơle.

 Nhiệm vụ hoạt động 2.2:

Nhiệm vụ 1: Làm việc cá nhân, học viên tự nghiên

cứu các thông tin trong tài liệu

Nhiệm vụ 2: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:

1 Cách biểu diễn rơle

2 Sơ đồ bảo vệ rơle

Nhiệm vụ 3: Đại diện các nhóm trình bày một trong

các nội dung trên, các nhóm khác nhận xét bổ xung

Nhiệm vụ 4: Giáo viên nhận xét và tổng kết.

 Thông tin cơ bản cho hoạt động 2.2:

2.2.1 Cách biểu diễn rơle:

Rơle đợc biểu diễn dới dạng hình chữ nhật có nửavòng tròn phía trên, cuộn dây rơle đợc biểu diễn ngầm

là đặt ở phần dới (phần chữ nhật) và thờng không vẽ,tiếp điểm của rơle đợc vẽ ở phần trên (nửa vòng tròn)

Hình 1.1: Biểu diễn rơle trên các sơ đồ bảo vệ, điều

khiển.

Rơle trên sơ đồ còn có các đầu vào Loại rơle đợc

ký hiệu bằng chữ cái đầu tiên của tên rơle và đợc ghi vào

phần chữ nhật hoặc ghi bằng ký hiệu (Hình 1.1)

2.2.2 Sơ đồ bảo vệ rơle.

Là quy luật đấu nối các phần tử của một bảo vệ rơle

nhằm bảo vệ dạng sự cố nào đó cho một phần tử nhất

định

Nội dung 3: Những yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle

và rơle Các dạng đặc tính tác động cơ bản của

bảo vệ rơle (2,5 tiết)

Hoạt động 3.1: Những yêu cầu cơ bản của bảo vệ

BI

 Nhiệm vụ hoạt động 3.1:

Nhiệm vụ 1: Làm việc cá nhân, học viên tự nghiên

cứu các thông tin trong tài liệu

Nhiệm vụ 2: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:

1 Các yêu cầu đối với bảo vệ rơle

2 Các yêu cầu đối với rơle

Nhiệm vụ 3: Đại diện các nhóm trình bày một trong

các nội dung trên, các nhóm khác nhận xét bổ xung

Nhiệm vụ 4: Giáo viên nhận xét và tổng kết.

 Thông tin cơ bản cho hoạt động 3.1:

3.1.1 Yêu cầu đối với bảo vệ rơle.

ra, nâng cao hiệu quả đóng lặp lại tự động đờng dây

và thanh góp, bảo toàn sự làm việc ổn định của hệthống khi điện áp giảm thấp Trong hệ thống điện hiện

đại để bảo toàn tính ổn định yêu cầu thời gian cắtngắn mạch rất nhỏ Thí dụ với đờng dây truyền tải điện

áp (300ữ500)kV cần phải cắt sự cố sau khoảng(0,1ữ0,2)s kể từ khi xuất hiện ngắn mạch, với đờng dây(110ữ220)kV sau khoảng (0,15ữ0,3)s, với lới phân phối(6ữ35)kV ở xa nguồn thời gian cắt ngắn mạch cho phép

3.1.1.2 Tác động chọn lọc.

Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúngphần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện Cấu hình củabảo vệ càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc củabảo vệ càng khó khăn

Bảo vệ rơ le đợc gọi là có chọn lọc nếu nó chỉ cắtphần tử bị sự cố ra khỏi lới điện và bảo toàn sự làm việcbình thờng của các hộ tiêu thụ

khác

Giả thiết có sơ đồ cung cấp điện nh (hình 1-3), khingắn mạch tại N2 bảo vệ đặt tại MC4 cần phải cắt đờngdây bị sự cố D2 bằng máy cắt MC4, nếu bảo vệ rơle đặttại MC4 không tác động thì bảo vệ rơ le trên đờng dâyD1 sẽ phải tác động cắt MC2, làm cả trạm B mất điện, các

hộ tiêu thụ sau MC5, MC6 sẽ mất điện oan Khi ngắn mạchtại N1 bảo vệ đặt tại MC2 cần phải cắt đờng dây bị sự cốD1 bằng máy cắt MC2, nếu bảo vệ rơle đặt tại MC2không tác động thì bảo vệ rơle trên đờng dây cấp điệncho trạm A là MC7 sẽ phải tác động làm cả trạm A mất

điện, các hộ tiêu thụ sau MC1, MC3 sẽ mất điện oan

Trong một số trờng hợp yêu cầu tác động nhanh mâuthuẫn với yêu cầu tác động chọn lọc, khi không có khảnăng thoả mãn đồng thời cả hai yêu cầu này thì có thểchỉ cần đảm bảo một yêu cầu, sao cho tổn thất của các

Bảo vệ đợc gọi là đủ độ nhạy, nếu độ nhạy tính

toán Knh lớn hơn hoặc bằng độ nhạy yêu cầu Knh yc đối với

từng loại bảo vệ

3.1.1.4 Tác động tin cậy.

Là khả năng bảo vệ làm việc đúng và chắc chắn

Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác

động một cách chắc chắn khi xuất hiện sự cố và các chế

độ làm việc không bình thờng trong vùng bảo vệ của nó

và vùng bảo vệ của bảo vệ ngay sau nó nếu bảo vệ này

vì một lý do nào đó không tác động Bảo vệ không đợc

tác động nhầm lẫn Để cho bảo vệ rơle làm việc tin cậy

thì tại vị trí của máy cắt ngoài bảo vệ chính còn phải

đặt thêm các bảo vệ phụ khác và phải có bảo vệ dự

phòng Bảo vệ dự phòng là một yêu cầu quan trọng, nếu

không có bảo vệ dự phòng thì có thể làm ngừng cung cấp

điện cho tất cả các hộ tiêu thụ

Giả thiết có sơ đồ cung cấp điện nh (hình 1-4), các

bảo vệ rơle đặt tại MC1 phải tác động khi xuất hiện sự cố

trên bất kỳ điểm nào của đoạn đờng dây I và phải tác

động khi xuất hiện sự cố trên bất kỳ điểm nào của đoạn

đờng dây II khi bảo vệ đặt tại MC2 vì một lý do nào đó

không tác động

Độ tin cậy của bảo vệ phụ thuộc vào chất lợng rơle và

các thiết bị khác trong sơ đồ, phụ thuộc vào kết cấu sơ

đồ

N 1

Vùng bảo vệ chính của BV

2

Vùng bảo vệ dự phòng

Vùng bảo vệ chính của

BV3 Vùng bảo vệ dự phòng

3.1.1.5 Tác động độc lập với điều kiện vận hành của lới điện.

Trong quá trình vận hành các thông số của lới điệnluôn luôn thay đổi do ta đóng hoặc cắt các máy phátlàm việc song song, các máy biến áp vào và ra khỏi mạng

điện, do đó dòng ngắn mạch cũng thay đổi, nhng bảo

vệ rơle phải tác động một cách chắc chắn khi xuất hiện

sự cố và các chế độ làm việc không bình thờng

3.1.1.6 Tính kinh tế.

Trong mạng điện cao áp hoặc siêu cao áp, các thiết

bị bảo vệ thờng có giá trị nhỏ trong tổng giá thành củacông trình, vì vậy giá thành của thiết bị không phải làyếu tố quyết định trong việc chọn lựa chủng loại hoặcnhà cung cấp thiết bị Tuy nhiên trong lới điện trung và hạ

áp, số lợng các phần tử bảo vệ rất lớn, yêu cầu của các bảo

vệ này không cao do vậy cần cân nhắc đến tính kinh

tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho đảm bảo đợcyêu cầu kỹ thuật với chi phí thấp nhất

Chú ý:

Trong 6 yêu cầu trên, yêu cầu 1 đến 5 là những yêucầu cơ bản đóng vai trò quyết định, vì nếu không thoảmãn đợc các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả nghiêmtrọng cho hệ thống điện

Các yêu cầu trên trong nhiều trờng hợp mâu thuẫnnhau Muốn có đợc tính tác động chọn lọc và độ nhạycao cần phải sử dụng những bảo vệ phức tạp, bảo vệcàng phức tạp càng khó đảm bảo độ tin cậy do có nhiềuthiết bị trong bảo vệ và giá thành cao Vì vậy cần dunghoà một cách tốt nhất các yêu cầu trên của bảo vệ để có

đợc bảo vệ tối u nhất bảo vệ cho hệ thống điện

3.1.2 Yêu cầu đối với rơle.

- Rơle có hệ số trả về phải càng cao càng tốt (gầnbằng 1) để hạ thấp dòng khởi động của bảo vệ

- Sai số của dòng khởi động phải nhỏ

- Sai số về thời gian tác động phải nhỏ để giảm cấpchọn lọc về thời gian tác động

- Rơle phải chịu đợc các tác động về cơ khí, nhiệt

độ

- Thời gian trả về của rơle phải nhỏ

- Không chịu ảnh hởng của dòng điện phụ tải, tần

số và dạng đờng cong của dòng ngắn mạch

- Công suất tiêu thụ của rơle phải nhỏ để đảm bảo

độ chính xác của máy biến dòng

- Tiếp điểm phải có khả năng truyền tải lợng côngsuất đủ lớn để đóng cắt các thiết bị

Hoạt động 3.2: Các dạng đặc tính tác động cơ bản của bảo vệ rơle.

 Nhiệm vụ hoạt động 3.2:

Nhiệm vụ 1: Làm việc cá nhân, học viên tự nghiên

cứu các thông tin trong tài liệu