Đề tài: Tìm hiểu các chức năng bảo vệ chính của Rơle số

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống, cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện. Trong số các phương tiện này, bảo vệ rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v. . mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống bảo vệ rơle sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các thiết bị tránh khỏi sự cố hoặc các tình trạng làm việc bất thường của hệ thống, để từ đó nhân viên vận hành có biện pháp xử lý kịp thời. Hiện nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, đa chức năng, tác động nhanh và chính xác hơn. Trong hệ thống điện Việt Nam hiện nay, xu hướng sử dụng rơle số để dần thay thế cho các rơle điện cơ đã quá cũ kỹ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác. Đề tài “ Tìm hiểu các chức năng bảo vệ chính của rơle số” nhằm mục đích tìm hiểu các chức năng bảo vệ của rơle số và giới thiệu về một số rơle kỹ thuật số được sử dụng nhiều trong hệ thống điện để thực hiện các chức năng đã nêu. Đề tài gồm có 4 chương:  Chương 1: Tổng quan về Rơle số và các nguyên tắc bảo vệ rơle. Chương này giới thiệu một cách tổng quát về những ưu diểm vượt trội của rơle số so với các loại rơle điện cơ trước đây, các nguyên lý làm việc của rơle số và các nguyên tắc bảo vệ rơle.  Chương 2: Bảo vệ quá dòng điện. Chương này giới thiệu về chức năng bảo vệ quá dòng của rơle số, các loại bảo vệ quá dòng điện. chương 2 còn giới thiệu về hia loại rơle số thường được sử dụng cho chức năng bảo vệ quá dòng: MICOMP12X và SIPROTEC 7SJ600  Chương 3: Bảo vệ khoảng cách. Chương này nghiên cứu về chức năng bảo vệ khoảng cách của rơle số. Nội dung tìm hiểu bao gồm: nguyên tắc bảo vệ khoảng cách, đặc điểm của rơle khoảng cách, bảo vệ khoảng cách 3 cấp…Và chương này cũng giới thiệu về rơle khoảng cách SEL321 và họ rơle MICOMP44X.  Chương 4: Bảo vệ so lệch dòng. Trong chương này sẽ tìm hiểu về nguyên tắc làm việc của chức năng bảo vệ so lệch, rơle so lệch kỹ thuật số, bảo vệ so lệch ngang dòng điện, tìm hiểu về rơle so lệch số 7UT51 V3 và rơle SIPROTEC 7UT613. Và em đã giới thiệu phần trên bằng Website. Do thời gian và nguồn tài liệu còn hạn chế nên trong quá trình làm Đề tài này chắc chắn không tránh khỏi sai sót , kính mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp cho đề tài của em được hoàn thiện. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Kim Hùng, các thầy cô trong khoa Điện, gia đình và các bạn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC ********** ************

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Sinh viện thực hiện: Lê Trần Trung HIếu

- Trình bày lý thuyết về bảo vệ quá dòng

- Giới thiệu một số rơle số có chức năng bảo vệ quá dòng

2 Bảo vệ khoảng cách:

- Trình bày lý thuyết về bảo vệ khoảng cách

- Giới thiệu một số rơle số có chức năng bảo vệ khoảng cách

3 Bảo vệ so lệch:

- Trình bày lý thuyết về bảo vệ so lệch

- Giới thiệu một số rơle số có chức năng bảo vệ so lệch

II.2 Thiết kế Web ( 25%)

III Ngày giao đề tài: 22/02/2008

IV Ngày hoàn thành đề tài: 30/05/2008

Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên duyệt:

PGS-TS Lê Kim Hùng

Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống, cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện

Trong số các phương tiện này, bảo vệ rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động

ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan

Hệ thống bảo vệ rơle sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các thiết bị tránh khỏi sự cố hoặc các tình trạng làm việc bất thường của hệ thống, để từ đó nhân viên vận hành có biện pháp xử lý kịp thời

Hiện nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, đa chức năng, tác động nhanh và chính xác hơn Trong hệ thống điện Việt Nam hiện nay, xu hướng sử dụng rơle số để dần thay thế cho các rơle điện cơ đã quá

cũ kỹ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác

Đề tài “ Tìm hiểu các chức năng bảo vệ chính của rơle số” nhằm mục đích tìm hiểu các chức năng bảo vệ của rơle số và giới thiệu về một số rơle kỹ thuật số được sử dụng nhiều trong hệ thống điện để thực hiện các chức năng đã nêu Đề tài gồm có 4 chương:

 Chương 1: Tổng quan về Rơle số và các nguyên tắc bảo vệ rơle

Chương này giới thiệu một cách tổng quát về những ưu diểm vượt trội của rơle

số so với các loại rơle điện cơ trước đây, các nguyên lý làm việc của rơle số và các nguyên tắc bảo vệ rơle

 Chương 2: Bảo vệ quá dòng điện

Chương này giới thiệu về chức năng bảo vệ quá dòng của rơle số, các loại bảo vệ quá dòng điện chương 2 còn giới thiệu về hia loại rơle số thường được sử dụng cho chức năng bảo vệ quá dòng: MICOM-P12X và SIPROTEC 7SJ600

 Chương 3: Bảo vệ khoảng cách

tìm hiểu bao gồm: nguyên tắc bảo vệ khoảng cách, đặc điểm của rơle khoảng cách, bảo vệ khoảng cách 3 cấp…Và chương này cũng giới thiệu về rơle khoảng cách SEL321 và họ rơle MICOM-P44X

 Chương 4: Bảo vệ so lệch dòng

Trong chương này sẽ tìm hiểu về nguyên tắc làm việc của chức năng bảo vệ so lệch, rơle so lệch kỹ thuật số, bảo vệ so lệch ngang dòng điện, tìm hiểu về rơle so lệch

số 7UT51 V3 và rơle SIPROTEC 7UT613

Và em đã giới thiệu phần trên bằng Website

Do thời gian và nguồn tài liệu còn hạn chế nên trong quá trình làm Đề tài này chắc chắn không tránh khỏi sai sót , kính mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp cho đề tài của em được hoàn thiện

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Kim Hùng, các thầy cô trong khoa Điện, gia đình và các bạn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2008 Sinh viên thực hiện:

Lê Trần Trung Hiếu

LỜI NÓI ĐẦU

Chương1: TỔNG QUAN VỀ RL SỐ VÀ CÁC NGUYÊN TẮC BV RL

1.1 Giới thiệu chung……… ……

1.2 Nguyên lý làm việc của rơle ………

1.3 Các nguyên tắc bảo vệ rơle………

1.3.1 BV có độ chọn lọc tuyệt đối và BV có độ chọn lọc tương đối……

1.3.2 Bảo vệ dự phòng ………

Chương 2: BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ………

2.1 Giới thiệu………

2.2 Bảo vệ quá dòng điện(50/51)………

2.2.1.Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến độc lập………

2.2.2.Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến phụ thuộc………

2.2.3 Bảo vệ quá dòng có hướng(67)………

2.2.4 Bảo vệ dòng điện chống chạm đất(51N)………

2.3 Tìm hiểu Rơle dòng MICOM-P12X ………

2.3.1 Giới thiệu………

2.3.2 Các thông số kỹ thuật………

2.3.3 Ứng dụng………

2.4 Tìm hiểu Rơle SIPROTEC 7SJ600………

2.4.1 Giới thiệu………

2.4.2 Số liệu kỹ thuật………

2.4.3 Nguyên lý làm việc của rơle 7SJ600………

Chương 3: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ………

3.1 Nguyên tắc hoạt động………

3.2 Rơle khoảng cách………

3.3 Bảo vệ khoảng cách 3 cấp………

3.3.1 Đặc tính thời gian………

3.3.2 Sơ đồ bảo vệ ………

3.4 Các sơ đồ cắt liên động trong bảo vệ khoảng cách………

3.4.1 Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT ………

3.4.2 Các sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT ………

3.5 Đánh giá bảo vệ khoảng cách………

1

1

2

3

3

4

8

8

12

12

20

24

29

30

30

33

37

44

44

45

50

53

53

53

55

55

57

59

59

61

62

63

3.6.2 Đặc điểm kỹ thuật………

3.7 Rơle khoảng cách MICOM họ P44X………

3.7.1 Giới thiệu………

3.7.2 Chức năng bảo vệ khoảng cách………

3.7.3 Các sơ đồ bảo vệ khoảng cách………

Chương 4: BẢO VỆ DÒNG SO LỆCH ……… … ……

4.1 Nguyên tắc làm việc………

4.2 Rơle so lệch kỹ thuật số………

4.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch………

4.4 Bảo vệ so lệch ngang………

4.4.1 Bảo vệ so lệch ngang dòng điện

4.4.2 Bảo vệ so lệch ngang có hướng

4.5 Đánh giá bảo vệ so lệch………

4.6 Tìm hiểu Rơle so lệch số 7UT51 V3………

4.6.1.Giới thiệu………

4.6.2 Bảo vệ so lệch máy biến áp………

4.6.3 Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ………

4.7 Rơle SIPROTEC 7UT613………

4.7.1 Giới thiệu………

4.7.2 Các thông số kỹ thuật………

4.7.3 Các chức năng bảo vệ của 7UT613………

4.8 Ví dụ tính toán bảo vệ so lệch dọc MBA bằng rơle 7UT613………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

69

69

71

74

76

76

77

78

79

79

81

83

83

83

89

91

92

92

94

96

102

[1] Lê Kim Hùng – Đoàn Ngọc Minh Tú Bảo vệ Rơle và tự động hoá trong Hệ thống

[4] Nguyễn Hoàng Việt Bảo vệ Rơle và Tự động hoá trong Hệ thống điện, ĐHBK TP

Hồ Chí Minh NXB Đại Học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2001

[5] Siemen Relay SIPROTEC 7SJ600 Instruction manuals

[6] Schweittzer Engineering Laboratories Relay SEL-321 Instruction manuals

[7] Alstom Micom P120/P121/P122&P123 Overcurrent Relay Technical Guide [8] Alstom Micom P44X Distance Relay Technical Guide

[9] Siemen SPROTEC 7UT51 V3, Differential Protection Relay Instruction manuals [10] Siemen SPROTEC 7UT613 Differential Protection Relay Instruction manuals

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ VÀCÁC NGUYÊN TẮC BẢO VỆ RƠLE

1.1.Giới thiệu chung:

Rơle bảo vệ là bộ phận quan trọng trong số các thiết bị tự động hoá dùng trong ngành điện lực Chúng có vai trò bảo vệ các phần tử của hệ thống điện trong các điều kiện làm việc không bình thường bằng cách cô lập các sự cố càng nhanh càng tốt thông qua các thiết bị đóng cắt

Về mặt kinh tế, rơle bảo vệ là thiết bị tự động hoá được dùng trong hệ thống điện với mục đích phòng ngừa và ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi có sự cố Các thiệt hại này thường rất lớn so với chi phí cho hệ thống bảo vệ rơle Vì vậy hiện nay các thiết bị bảo vệ này có vai trò không thể thay thế trong quá trình vận hành hệ thống điện

Về mặt kỹ thuật, rơle bảo vệ là các thiết bị tự động có nhiệm vụ theo dõi tình trạng làm việc của đối tượng được bảo vệ bằng cách đo lường các tham số điện và không điện của nó và phát ra tín hiệu hoặc (và) thao tác khi đối tượng được bảo vệ làm việc bất thường

Rơle điện cơ mặc dù đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít hơn, song do khả năng chịu đựng ảnh hưởng của môi trường kém, chi phí vận hành lớn, cũng như do nhiều nhược điểm khác nên có xu hướng bị thay thế bởi các rơle số hiện đại hơn với nhiều ưu điểm vượt trội:

 Ưu điểm lớn nhất của rơle số so với các loại rơle khác là khả năng tổ hợp các chức năng bảo vệ rất thuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi và xử lí thông tin với khối lượng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, độ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng tính năng của bảo vệ

 Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau

 Hạn chế được nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng tín hiệu số

 Công suất tiêu thụ nhỏ

 Có khả năng đo lường và nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa

 Có khả năng hiển thị thông tin tốt

 Có chức năng ghi nhớ các sự kiện bất thường

Bên cạnh những ưu diểm nêu trên, rơle số cũng có một số nhược điểm sau:

 Giá thành cao nên đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn để thay thế các rơle cũ bằng các rơle số

 Cấp độ dự phòng cao hơn rơle thế hệ đời cũ

 Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao

 Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hang trong việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị

1.2 Nguyên lý làm việc của rơle số:

Rơle số làm việc trên nguyên tắc đo lường số Thông tin về đối tượng bảo

vệ sẽ được vào rơle qua đầu vào tương tự và đầu vào số Bộ phận biến đổi đầu vào lọc và khuếch đại tín hiệu tương tự thành đại lượng phù hợp với đầu vào của bộ chuyển đổi tương tự/số (A/D) Tại đây các tín hiệu tương tự sẽ chuyển

đổi thành các tín hiệu số, có giá trị tỷ lệ với thông tin đầu vào

Bộ vi xử lí được đưa vào chế độ làm việc theo chương trình chứa trong bộ nhớ lập trình được EPROM hoặc ROM Nó so sánh với thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ xoá ghi bằng điện EEPROM Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM

Toàn bộ các phần cứng của rơle được cung cấp nguồn bởi bộ chuyển đổi nguồn “một chiều/ xoay chiều” với các cấp điện áp khác nhau

Sơ đồ khối của rơle số được trình bày trên hình 1-1

Nguyên lý làm việc của rơle số dựa trên giải thuật tính toán theo chu trình các đại lượng điện (chẳng hạn như tổng trở mạch điện) từ trị số dòng và áp đã lấy mẫu Trong quá trình tính toán liên tục này sẽ phát hiện ra chế độ sự cố sau một vài phép tính nối tiếp nhau, khi đó bảo vệ sẽ tác động, bộ vi xử lí sẽ gửi tín hiệu đến các rơle đầu ra để điều khiển máy cắt

Trong các rơle số việc tổ chức ghi chép và lưu trữ các dữ liệu về sự cố rất

dễ dàng theo trình tự diễn biến về thời gian và độ chính xác đến miligiây (ms)

Để giảm dung lượng bộ nhớ của bộ phận ghi sự cố, người ta thường khống chế

số lượng các lần sự cố cịn lưu lại trong bộ nhớ tối đa khoảng 8 đến 10 lần Khi xuất hiện sự cố mới vượt quá số lần cho phép lưu trữ thì số liệu của

sự cố cũ nhất trong quá trình lưu trữ sẽ bị xố khỏi bộ nhớ để nhường chổ cho

số liệu của sự cố mới vừa xảy ra

Tất cả các thơng tin về vận hành, thao tác và sự cố đều được bảo vệ để đề phịng trường hợp nguồn thao tác gặp trục trặc

Các rơ le số thường cĩ một phần mềm đi kèm thuận lợi cho việc sử dụng

PC để chỉnh định, theo dõi hoạt động và trao đổi thơng tin vào/ra với rơle, cũng như cĩ thể giúp nhân viên vận hành cĩ thể phân tích sự cố từ các số liệu

đã ghi chép trong quá trình sự cố

Đầu vào tương

V1 V2 V3

Môđun vào/ra Môđun số

U

I

Biến đổi đầu vào

Chuyển đổi tương tự/số

Thông tin tuần tự và song song

Giao diện người sử dụng

Bộ nhớ RAM EPROM ROM

Bộ vi xử lí

Giao diện vào/ra số

Vào/ra số

Thiết bị phía xa

Kênh số liệu/ địa chỉ/ đk

Nguồn

Môđun nguồn

Hình 1-1 Sơ đồ khối các rơle số dụng bộ vi xử lí

Cổng vào /ra của rơle số cho phép ghép nối dễ dàng với các thiết bị thơng tin, đo lường, điều khiển và bảo vệ với các cấp điều độ

1.3 Các nguyên tắc bảo vệ rơle:

Thực tế các phần tử trong hệ thống điện cĩ thể được bảo vệ theo những nguyên tắc khác nhau nếu xét theo ranh giới vùng làm việc và thời gian tác động, cĩ thể phân biệt thành các sơ đồ bảo vệ cĩ độ chọn lọc tuyệt đối và sơ

đồ cĩ độ chọn lọc tương đối Cịn nếu xét theo kiểu dự phịng thì tồn tại dự phịng xa và dự phịng gần

1.3.1 Bảo vệ cĩ độ chọn lọc tuyệt đối và bảo vệ cĩ độ chọn lọc tương đối

Bảo vệ cĩ độ chọn lọc tuyệt đối là loại được dùng để bảo vệ các khu vực

cĩ giới hạn rõ ràng, thường xác định bởi các biến dịng

Chúng cĩ ưu điểm là tác động nhanh, cĩ độ nhạy cao và khơng cần phân cấp theo thơng số điện và theo thời gian so với các bảo vệ liền kề cũng như với chế độ tải Ưu điểm này cũng là nhược điểm nếu xét theo khía cạnh khác, ví dụ chúng khơng thể dự phịng cho các bảo vệ lân cận, nên thường cần phải sử dụng thêm các bảo vệ kép cho các bảo vệ khác nhau

Bảo vệ cĩ độ chọn lọc tương đối khơng cĩ vùng tác động với các giới hạn

rõ ràng mà các vùng này thường lấn các khu vực bảo vệ của các rơle khác Do vậy chúng phải được phân cấp theo các thơng số điện và theo thời gian với các bảo vệ lân cận cũng như phải phân biệt được chế độ sự cố với chế độ tải Các bảo vệ này thường cĩ thời gian tác động lâu hơn, cĩ độ chọn lọc kém hơn nhưng bù lại, chúng cĩ khả năng dự phịng tốt hơn cho các bảo vệ liền kề

I>

Z<

I U

I>>

I>

I N >

I SL 51 21 87T 51N Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối Thanh cái CA BI trung gian

Hình1-2.Bảo vệ cĩ độ chọn lọc tuyệt đối và tương đối cho MBA và ĐZ

1.3.2 Bảo vệ dự phịng

Chức năng của rơle bảo vệ là phản ứng khi cĩ sự cố trong lưới điện để giảm thiểu thiệt hại của các thiết bị cũng như sự gián đoạn cung cấp điện bằng cách chỉ tác động cắt các máy cắt nào liên quan trực tiếp đến khu vực bị sự cố

mà khơng làm ảnh hưởng đến các bộ phận làm việc bình thường khác

Tuy nhiên, rơle cĩ thể khơng thực hiện được chức năng nĩi trên do bị hư hỏng một bộ phận nào đĩ ảnh hưởng đến quá trình thao tác như máy cắt, nguồn thao tác hay bản thân rơle

Ta có thể liệt kê các dạng trục trặc sau đây đối với hệ thống bảo vệ dùng rơle số:

-Rơle:

+Hư hỏng tiếp điểm của rơle: cháy, kẹt, áp lực yếu

+Hư hỏng bản thân rơle: nguồn , mạch vi xử lí, bộ nhớ

+Cài đặt giá trị tác động của bảo vệ không chuẩn, chọn chức năng và chế

độ làm việc không chính xác

+Chương trình điều khiển rơle bị lỗi

-Máy cắt:

+Hư hỏng sứ cách điện và thanh thao tác dẫn đến từ chối cắt

+Tăng điện trở tiếp xúc và các hư hỏng khác của tiếp điểm máy cắt -Mạch điều khiển máy cắt:

+Hư hỏng cuộn cắt do hỏng cách điện

+Hư hỏng các tiếp điểm phụ

+Điện áp không đủ, mất điện áp

+Cháy cầu chì bảo vệ

-Hệ thống truyền tin:

+Cháy, hỏng các giao diện thông tin, lỗi các chương trình phần mềm điều khiển

+Sai số truyền tin do nhiễu đường truyền hay mất tín hiệu

+Hư hỏng các đường truyền tin do đứt, lão hoá, mất nguồn nuôi và hư hỏng các bộ chuyển đổi

Do các hư hỏng trên của hệ thống bảo vệ, trên thực tế các rơle thường được trang bị các khả năng sao cho rơle ở vị trí này có thể dự phòng cho rơle ở

vị trí khác, hay thay thế chức năng của một vài hay toàn bộ các thiết bị bảo vệ

ở chính vị trí đó Các khả năng nói trên được gọi là chức năng bảo vệ dự phòng

Chức năng của bảo vệ dự phòng là thay thế cho bảo vệ chính khi bảo vệ sau bị sự cố hoặc bao trùm các vùng chết trong khu vực mà các bảo vệ chính không đảm đương được Trong một số trường hợp bảo vệ dự phòng còn được dung để xử lí sự cố khi máy cắt bị hư hỏng Nó có thể là một bộ phận của bảo

vệ chính hay là các thiết bị độc lập, thường được phân cấp theo thời gian để tác động sau bảo vệ chính

Tuỳ theo tầm quan trọng của đối tượng được bảo vệ cũng như các yếu tố kinh tế-kỹ thuật mà cấp độ dự phòng của bảo vệ có thể khác nhau Cấp I là loại bảo vệ không có dự phòng, thí dụ bảo vệ đường dây bằng cầu chì, bảo vệ trạm

hạ áp bằng rơle quá dòng Cấp II là loại gồm có bảo vệ chính và bảo vệ phụ (dự phòng) Thí dụ đối với máy biến áp thì bảo vệ chính là bảo vệ so lệch, còn rơle quá dòng là bảo vệ phụ Cấp bảo vệ này thường được sử dụng ở lưới phân phối Cấp III là sơ đồ dùng hai loại bảo vệ chính khác nhau với nguồn nuôi và nguồn thao tác độc lập nhưng vẫn chung máy cắt Cấp bảo vệ này thường được

sử dụng ở lưới cao áp Thí dụ đường dây 220kV có thể sử dụng hai loại bảo vệ khoảng cách của hai hãng khác nhau, hoặc một rơ le khoảng cách kết hợp với một rơle so lệch dọc đường dây Cấp IV là cấp dự phòng cao nhất, trong đó sử dụng hai bảo vệ chính của hai hãng khác nhau, có nguyên lý làm việc khác nhau và sử dụng những nguồn điện thao tác, máy cắt và phương tiện truyền tin độc lập Hệ thống bảo vệ cho đường dây siêu cao áp là một ví dụ điển hình Tuỳ theo vị trí đặt bảo vệ dự phòng so với bảo vệ chính người ta phân biệt

dự phòng xa và dự phòng gần Dự phòng xa được dùng chủ yếu trong mạng hình tia để bảo vệ lưới điện trong trường hợp máy cắt hay bảo vệ chính của trạm liền kề không hoạt động do các nguyên nhân khác nhau như rơle bị hỏng, nguồn điện thao tác một chiều bị mất Đó có thể là bảo vệ quá dòng chạm đất

4 cấp hay bảo vệ khoảng cách 3 cấp có phân cấp theo thời gian tác động Đây

là loại bảo vệ dự phòng rẻ tiền, đơn giản, có khả năng xử lí sự cố khi tất cả các

phần tử của trạm liền kề bị hư hỏng Nó thường không bị hư hỏng bởi cùng một nguyên nhân như của bảo vệ chính Tuy vậy nó có những nhược điểm như độ chọn lọc kém (có thể cắt toàn bộ trạm liền kề), độ nhạy kém (khó phân biệt chế

độ tải với sự cố phía xa), khó phối hợp với các bảo vệ khác và nếu có phối hợp tốt thì thời gian tác động lại quá chậm Nó đặc biệt không có hiệu quả khi có những nguồn cung cấp xen giữa rơle dự phòng và điểm ngắn mạch, khiến cho dòng sự cố có thể trở nên xấp xỉ dòng tải cực đại

Trong những trường hợp dự phòng xa tỏ ra không hợp lí, người ta có thể

sử dụng dự phòng gần hay dự phòng tại chổ Loại dự phòng này có thể đơn thuần là sơ đồ bảo vệ vùng chết của bảo vệ chính, sơ đồ dự phòng cho từng phần hay toàn bộ bảo vệ chính Vùng chết của bảo vệ chính là khu vực xảy ra

sự cố mà bảo vệ này không thể cách li được nếu không sử dụng các bảo vệ dự phòng Ưu điểm của kiểu dự phòng này là tác động nhanh, có độ nhạy cao hơn,

dễ dàng phối hợp với bảo vệ chính và cắt tối thiểu vùng sự cố ra khỏi lưới Tuy nhiên so với dự phòng xa các sơ đồ dự phòng gần đắt và phức tạp hơn Ngoài

ra chúng có thể gây cắt nhầm khi một trong các bảo vệ bị trục trặc

Trong các chương tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu các loại bảo vệ chính dùng trong hệ thống điện (bảo vệ quá dòng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so lệch) thông qua việc tìm hiểu nguyên tắc bảo vệ chung, sơ đồ thuật toán, cách cài đặt…cũng như tìm hiểu một loại rơle số với chức năng bảo vệ tương ứng nhằm tạo điều kiện để hiểu một cách cơ bản về các loại bảo vệ rơle số ứng dụng phổ biến trong hệ thống điện ngày nay

Bảo vệ quá dòng (51) về bản chất là loại bảo vệ vô hướng , nó tác động không phụ thuộc vào chiều của dòng sơ cấp chạy qua đối tượng bảo vệ Tuy nhiên trong nhiều trường hợp để tăng độ chọn lọc người ta sử dụng loại bảo vệ quá dòng có hướng (67) chỉ phản ứng đối với dòng ngắn mạch chạy đến từ một phía Để là được điều này , người ta cần phải xác định được pha của dòng bằng cách đo thêm điện áp Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cho cùng một đối tượng trong trường hợp có hưóng và vô hướng có thể không bằng nhau

Bảo vệ quá dòng thường là loại bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, có vùng tác động thay đổi phụ thuộc vào dạng sự cố và chế độ hệ thống điện nên giới hạn của nó không thể xác định trước bởi các giá trị đặt của bảo vệ và vị trí của các biến dòng Vì vậy để chức năng này không

bỏ sót các khu vực trong đối tượng bảo vệ, người ta thường cài đặt chúng với vùng tác động lấn sang các vùng của các bảo vệ khác Điều này làm cho vấn đề đảm bảo độ chọn lọc của bảo vệ quá dòng trở nên nan giải, đặc biệt là đối với lưới có cấu hình phức tạp Để là được điều này người ta áp dụng nhiều phương pháp phối hợp các bảo vệ quá dòng khác nhau mà phổ biến nhất là phương pháp theo dòng, theo thời gian và phương pháp hổn hợp giữa thời gian và dòng Bảo vệ quá dòng được ứng dụng phổ biến trong lưới phân phối, nơi nó có thể được dùng như một loại bảo vệ chính

Bảo vệ quá dòng có thể được phân theo dạng đặc tuyến tác động thành loại có đặc tuyến thời gian độc lập, đặc tuyến thời gian phụ thuộc và các loại trung gian (hình 2-1) Loại có đặc tuyến thời gian độc lập có thời gian tác động không phụ thuộc vào dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch (1) Loại thứ hai (2) có các tên gọi khác nhau như đặc tuyến thời gian phụ thuộc có giới hạn hoặc đặc tuyến nghịch chuyển với thời gian nhỏ nhất xác định Các loại trung gian có thể là kiểu bậc thang hay hổn hợp giữa đặc tuyến phụ thuộc và độc lập Tuỳ theo kiểu đặc tuyến được sử dụng, các giá trị đặt có thể khác nhau và có ý nghĩa khác nhau

Tùy theo thời gian tác động và giá trị đặt dòng của bảo vệ , người ta phân biệt thành bảo

vệ dòng cực đại hay đơn giản là bảo vệ quá dòng với bảo vệ cắt nhanh và bảo vệ ngưỡng thấp

với bảo vệ ngưỡng cao Bảo vệ dòng cực đại thường được dùng để chỉ các bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp có các thời gian trễ phân cấp được xác định theo nguyên tắc chọn lọc và có giá trị đặt dòng xuất phát từ dòng tải danh định của đối tượng bảo vệ hay giá trị ngắn mạch qua rơle tuỳ theo phương pháp phối hợp các cấp bảo vệ theo thời gian hay theo dòng Theo ký hiệu quốc

tế thông dụng hiện nay, bảo vệ này được gọi là bảo vệ 51

Hình 2-1 Các dạng đặc tuyến cơ bản của bảo vệ quá dòng

Bảo vệ cắt nhanh (với kí hiệu 50) khác với bảo vệ quá dòng ở chổ giá trị dòng đặt của nó thường chỉ được xác định xuất phát từ dòng ngắn mạch qua rơle Nói chung khái niệm bảo vệ quá dòng cắt nhanh và ngưỡng cao là tương đương

Rơle quá dòng số:

Khác với các rơ le số có chức năng bảo vệ phức tạp hơn thường sử dụng các biến dòng trên ba pha, rơle quá dòng số có thể là loại một pha, hai pha, ba pha tuỳ theo từng ứng dụng Loại một pha thường là sơ đồ kỹ thuật số không dùng bộ vi xử lí, còn trong loại ba pha bộ vi xử

lí cho phép thực hiên nhiều chức năng bảo vệ phức tạp hơn Là loại bảo vệ đơn giản, rẻ tiền và việc sử dụng nhiều phương an chế tạo nói trên cho phép giảm thiểu chi phí đầu tư cho hệ thống bảo vệ rơ le, nhờ đó mở rộng lĩnh vực ứng dụng của rơ le số cho những thiết bị nhỏ lẻ vốn là địa hạt hoạt động trước đây của các rơ le điện cơ và tĩnh

Trên hình 2-2 trình bày sơ đồ nối dây của một rơle quá dòng kỹ thuật số điển hình loại ba pha Ngoài các đầu vào thứ cấp của các biến dòng pha, biến dòng thứ tự không, ở đây còn có các đầu vào áp thứ cấp dùng cho bảo vệ quá dòng có hướng, bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch, bảo vệ quá áp tuỳ theo từng loại ứng dụng Các tiếp điểm của các rơ le thao tác đầu ra có thể được sử dụng để đi báo tín hiệu hay thao tác cắt máy cắt tuỳ theo từng loại rơle các tiếp điểm này được dùng cho các chức năng xác định hay có thể thay đổi chức năng tuỳ theo cách lập trình của nguồn sử dụng

Các tiế p điể m rơle đầ u ra

Biế n dòng TTK

Nguồ n

1 chiề u Đầ u cáp quang

Biế n dòng pha

Biế n điệ n áp

Máy cắ t

RƠLE QUÁ DÒNG SỐ

Hình 2-2 Sơ đồ nối câc đầu văo vă ra của rơ le quâ dòng kỹ thuật số

Câc đầu văo số được sử dụng để thông bâo trạng thâi của đối tượng bảo vệ, của trạng thâi

bị đóng cắt hay đơn thuần để điều khiển rơle từ xa Trong hầu hết câc rơle quâ dòng số đều sử dụng một số trong những đầu văo năy để kiểm tra trạng thâi cuộn cắt (cuộn đóng) Đầu văo số được gân chức năng năy sẽ giâm sât tiếp điểm mây cắt thông qua điện âp một chiều đặt văo nó Điện âp năy được nối với hai đầu của tiếp điểm mây cắt, nếu tiếp điểm năy hở vă mạch cuộn cắt vẫn nguyín vẹn thì điện âp một chiều sẽ được đưa văo đầu văo số, còn nếu cuộn cắt bị hở mạch do dđy nối bị đứt hay hỏng cuộn cắt, điện âp giâm sât năy sẽ bằng 0 vă rơle phât tín hiệu bâo động

Sơ đồ khối của rơle dòng điện được trình băy trong hình 2-3 Đầu ra của bộ chỉnh lưu được đưa văo bộ chọn kính Bộ vi xử lí (CPU) gửi lệnh để mở ra một kính mong muốn của bộ chọn kính nhằm thu nhận điện âp chỉnh lưu tỉ lệ với dòng điện trong mạch Đầu ra của bộ chọn kính cho văo bộ biến đổi A/D để biến tín hiệu thănh dạng số Bộ vi xử lí gửi một tín hiệu đến ADC để bắt đầu việc biến đổi CPU sẽ đọc kết quả của tín hiệu biến đổi vă kiểm tra xem sự biến đổi có vượt quâ hay không Khi tín hiệu biến đổi vượt quâ, ngay lập tức mây tính sẽ đọc tín hiệu dòng dưới dạng số vă sau đó so sânh nó với giâ trị định trước

Trong trường hợp rơle quâ dòng có thời gian trễ, mây tính sẽ gửi tín hiệu cắt đến mây cắt sau thời gian trễ định trước Còn trong trường hợp rơle quâ dòng không có thời gian trễ, mây tính sẽ lập tức gửi tín hiệu cắt đến mây cắt Để có được đặc tính thời gian phụ thuộc, những giâ trị dòng khâc nhau của mỗi lần vận hănh được ghi lại thănh một đặc tính riíng biệt Những giâ

trị này được lưu trữ trong bộ nhớ dưới dạng bảng CPU xác định độ lớn của dịng sự cố sau đĩ chọn thời gian phù hợp từ bảng dị tìm để tác động

BI Biến đổi I/U C.lưu

S 2

Chọn kênh AM 3705

Chuyển đổi A/D ADC 0800

Cổng A 8255A PPI Cổng C cao 8085A Bộ vi xử lí Kit Cổng C thấp

Cổng B Chọn kênh

BI

2 1

Hình 2-3 Sơ đồ khối rơ le quá dịng

Chương trình con tạo trễ được khởi động và tín hiệu cắt được gửi đi sau một thời gian trễ mong muốn Chỉ sử dụng một chương trình ta cĩ thể thực hiện được đặc tính phụ thuộc bất kì nào đĩ bằng cách thay đổi đơn giản dữ liệu trong bảng dị tìm tuỳ theo đặc tuyến muốn thực hiện Máy tính đo liên tục dịng điện trong một vịng lặp để xác định giá trị dịng đo được cĩ vượt quá giá trị định trước hay khơng Nĩ sẽ so sánh giá trị đo được của dịng với giá trị dạng số của dịng trong bảng để chọn lượng thời gian trễ tương ứng và gửi tín hiệu cắt đến máy cắt sau một thời gian trễ định trước

Để tránh tác động nhầm trong rơ le quá dịng do sự cố thống qua chương trình cĩ thể được cải tiến thêm như sau: khi dịng sự cố đạt đến giá trị đặt, nĩ sẽ được bộ vi xử lí dị một lần nữa để chắc chắn rằng đĩ là dịng sự cố thật sự hay chỉ là thống qua Trong trường hợp chỉ là

sự cố thống qua, dịng đo được cĩ giá trị vượt này sẽ khơng xuất hiện lần thứ hai Nhưng nếu

là sự cố thật sự, thì dịng sự cố cũng xuất hiện lần nữa trong lần đo thứ hai này và sau đĩ bộ vi

xử lí sẽ gửi tín hiệu cắt để cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện Lưu đồ chương trình

được trình bày ở hình 2-4

Thiết lập cổng nhập/xuất

Máy cắt đóng

Đặt K=2

Gửi tín hiệu đến bộ chọn kênh để mở kênh Si lấy Idc

Gửi tín hiệu khởi động bộ A/D

Bộ biến đổi

Chọn thời gian trễ Làm trễ Gửi tín hiệu cắt

Quay về

Đ S

Đ S

S

Đ

Hình 2-4 Lưu đồ chương trình rơle dịng điện

2.2 Bảo vệ quá dịng điện(50/51):

2.2.1 Bảo vệ quá dịng với đặc tuyến độc lập:

Lĩnh vực ứng dụng của chức năng này trong rơle số như là một bảo vệ chính thường là cho lưới phân phối trung và hạ áp với sơ đồ hình tia một nguồn cung cấp nếu sử dụng bảo vệ vơ

hướng và cho lưới phức tạp hơn nếu sử dụng loại có hướng Việc hạn chế sử dụng các bảo vệ nói trên trong lưới truyền tải như một bảo vệ chính xuất phát từ những nguyên nhân sau:

Lưới truyền tải thường có dạng hổn hợp giữa mạch vòng và hình tia với nhiều nguồn cung cấp gây khó khăn cho việc đảm bảo độ chọn lọc

- Đối với các đường dây nguồn, có điện áp cao như là lưới truyền tải, giá trị đặt thời gian của bảo vệ cần phải nhỏ để đối tượng bảo vệ không bị phá huỷ dưới tác dụng của dòng sự cố công suất lớn, điều này gây khó khăn cho việc phối hợp về thời gian với các bảo vệ xa nguồn vì theo nguyên tắc phân cấp theo thời gian, các bảo vệ sau phải có thời gian tác động nhỏ hơn nữa nên nhiều khi đây là việc không thể thực hiện được Khi đó cần phải áp dụng thêm nguyên tác phân cấp theo dòng cho việc tính toán bảo vệ

- Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến độc lập thường không được cài đặt tương ứng với khả năng chịu dòng của đối tượng bảo vệ khi có ngắn mạch ở các vị trí khác nhau và trong các chế

độ làm việc khác nhau của hệ thống điện

Sau đây sẽ trình bày một số vấn đề liên quan đến việc tính toán và cài đặt các bảo vệ quá dòng

2.2.1.1 Bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp:

Bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp là chức năng đặc thù của rơle quá dòng kiểu điện cơ cũng như rơle số, tuy cách cài đặt có nhiều nét khác biệt, song nói chung các công thức tính toán của nó cơ bản vẫn không thay đổi ưu điểm của chức năng này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơn giản và dễ áp dụng

Giá trị I> của bảo vệ là ngưỡng dòng chỉnh định trong bộ nhớ rơ le mà khi dòng sự cố vượt quá nó trong thời gian xác định t> thì bảo vệ sẽ tác động Giá trị này trong trường hợp chung được xác định tuỳ thuộc vào cách chọn phương pháp phối hợp giữa các cấp bảo vệ mà ta

sẽ xét ở sau Trong các rơle số giá trị này có thể được cho theo giá trị sơ cấp hay bội số của giá trị danh định của biến dòng hay bội số của dòng danh định qua đối tượng bảo vệ

Thời gian đặt t> của bảo vệ được chọn xuất phát từ các yêu cầu sau:

- Phải đủ nhỏ để thấp hơn thời gian chịu qúa dòng an toàn của đối tượng bảo vệ: thời gian này có thể được cho trong các tài liệu kỹ thuật đi kèm theo thiết bị

- Phải đủ lớn để phối hợp tốt với các bảo vệ quá dòng có cấp phía sau liền kề để đảm bảo

độ chọn lọc, mặc dù điều này không phải lúc nào cũng là bắt buộc Để hiểu thêm về vấn đề này

ta cần xem xét các phương thức phối hợp để đảm bảo độ chọn lọc của các bảo vệ quá dòng như

ở phần dưới đây

a) Các phương thức phối hợp bảo vệ quá dòng:

Như trên đã đề cập, tồn tại ba phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là

phương pháp theo thời gian, theo dòng và phương pháp hổn hợp giữa thời gian và dòng

* Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:

Nguyên tắc của phương pháp này là chọn thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng an toàn Δt so với thời gian tác động lâu nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó

tn = t(n-1)max + Δt (2.1) Trong đó: tn là thời gian đặt đang xét của cấp bảo vệ thứ n tính từ phía tải, t(n-1)max là thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó tính từ phái tải., Δt là độ phân cấp về thời gian, được xác định bởi công thức:

dù ngắn mạch đã bị cắt, đối với rơle số thường nhỏ hơn 0.05s; tdp- thời gian dự phòng

Với các rơle số, Δt nằm trong khoảng từ 0.2÷ 0.35s tuỳ theo loại máy cắt được sử dụng Giá trị dòng đặt I> trong trường hợp sử dụng phương pháp phối hợp theo thời gian được xác định từ điều kiện làm việc cực đại của đối tượng bảo vệ, tức là dòng duy trì cho phép cực đại mà đối tượng bảo vệ có thể làm việc lâu dài:

I> =

k

I k

Ktv là hệ số trở về của bảo vệ quá dòng, có thể đạt tới 0.98 Việc đưa hệ số trở về vào công thức trên xuất phát từ yêu cầu đẩm bảo sự làm việc ổn định của bảo vệ khi có nhiễu loạn ngắn hạn trong hệ thống, khi chế độ này xảy ra bảo vệ không được phép tác động

Giá trị đặt dòng của bảo vệ cần phải lớn hơn chế độ dòng tải cực đại qua đối tượng bảo

vệ, đồng thời phải nhỏ hơn dòng sự cố nhỏ nhất trong nhiều trường hợp điều này không được thoả mãn, cần phải sử dụng các bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp hay bảo vệ khoảng cách

Hình 2-5 Phối hợp các đặc tuyến thời gian độc lập của bảo vệ quá dòng theo thời gian

Dòng làm việc cực đại của đối tượng bảo vệ thường được xác định trong chế độ cực đại của hệ thống và thường bằng 1,05 ÷1,2 dòng tải danh định

Trong một vài rơle số người ta yêu cầu phải cài đặt giá trị dòng thứ cấp của bảo vệ, khi đó giá trị này được tính theo công thức:

I>tc =

n

I k

* Phối hợp các bảo vệ theo dòng:

Phối hợp các bảo vệ liền kề chỉ theo giá trị dòng dựa trên nguyên tắc là dòng sự cố giảm dần khi khoảng cách từ điểm ngắn mạch tới nguồn tăng lên Yêu cầu này đồng thời cũng là nhược điểm của phương pháp này là cần phải biết công suất ngắn mạch của nguồn và tổng trở của đường dây giữa hai điểm đặt rơle mà ta cần tiến hành phối hợp để đảm bảo độ chọn lọc Nhược điểm thứ hai của phương pháp này là độ chính xác của bảo vệ kém đối với các đường dây gần nguồn có công suất ngắn mạch biến động mạnh và thường được dùng để bảo vệ chống một dạng ngắn mạch khi giá trị của dòng sự cố của các cấp bảo vệ ít giao nhau

Phương pháp này dựa trên cách tính các dòng ngắn mạch pha và lựa chọn giá trị đặt của các bảo vệ theo kết quả nhận được sao cho rơle ở gần điểm sự cố nhất sẽ cắt máy cắt

Trong trường hợp chung, giá trị đặt dòng của cấp bảo vệ thứ n tính từ phía tải chọn bởi phương pháp phối hợp theo dòng sẽ có dạng như sau:

IN = kat

) (

3

1 max Z Z

U

n nguon

nguon c

Unguồn là điện áp dây của nguồn;

c là hệ số thay đổi áp nguồn, có thể lấy giá trị bằng 1,1

ΣZ(n-1) là tổng trở đường dây từ nguồn tới đầu cấp bảo vệ thứ n-1, tức là gồm tổng trở các cấp n, n+1, ,m với m là số cấp bảo vệ của toàn đường dây Ta cần chú ý ở đây là các cấp bảo

vệ được đánh số từ tải về phía nguồn

Kat = 1,2÷1,3 là hệ số an toàn để đảm bảo bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài

do sai số tính dòng ngắn mạch;

Znguồn max là tổng trở của nguồn trong chế độ cực đại:

Znguồn =

SNM nguon

3

.

Z Z

U

AB nguon

nguon c

Ta thấy rằng do có hệ số an toàn nên giá trị đặt dòng của bảo vệ lớn hơn so với dòng NM ngoài cực đại Vì vậy, trong khu vực bảo vệ sẽ xuất hiện các vùng chết ở cuối đường dây, đây chính là nhược điểm của phương pháp phối hợp theo dòng của các bảo vệ quá dòng với đặc tuyến độc lập Tuy nhiên trong trường hợp này thời gian đặt t> của các cấp bảo vệ có thể đặt với giá trị nhỏ đối với các bảo vệ ở phía nguồn và được chọn sao cho nhỏ hơn thời gian chịu dòng

an toàn của các đối tượng bảo vệ Khi đó, các bảo vệ càng xa nguồn sẽ có thời gian cắt ngắn

mạch lâu hơn Đây là ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp phối hợp theo thời gian Lúc đó, đặc tuyến của bảo vệ các trạm khi cùng đặt trên một hệ toạ độ “thời gian-dòng” sẽ

có dạng như trên hình 2-6 Ta thấy rằng sự tồn tại của các vùng chết đảm bảo cho các bảo vệ có thể phối hợp tốt với nhau theo dòng, nhờ vậy thời gian đặt của bảo vệ gần nguồn có thể giảm xuống

3' 3

2 2'

N3 N4

Hình 2-6 Phối hợp các đặc tuyến thời gian độc lập dòng

bảo vệ quá dòng theo dòng

b) Cách cài đặt các giá trị chỉnh định trong rơ le quá dòng số:

Khi cài đặt các giá trị chỉnh định vào bộ nhớ rơle, trước hết ta cần nhập các mật khẩu để

có thể truy nhập và thay đổi các giá trị chỉnh định bên trong rơle Tuỳ theo từng loại rơle số, mỗi kiểu giá trị chỉnh định có thể được phân loại theo mức độ quan trọng để sử dụng các mật khẩu khác nhau hay chỉ cần dung một kiểu mật khẩu sau đó, ta có thể sử dụng các phím chữ số để nhập các giá trị bất kì hay các phím mũi tên để lựa chọn giá trị có sẵn trong bộ nhớ rơle Các giá trị chỉnh định có thể được bố trí từng bộ, mỗi bộ ứng với một ứng dụng cụ thể của rơle, ví dụ cho mỗi chế độ hay cấu hình của hệ thống điện Việc thay đổi bộ thông số chỉnh định có thể do người sử dụng trực tiếp lựa chọn hay được điều khiển từ xa qua các đầu vào số hoặc truyền tin Đối với rơle quá dòng số ta cần chú ý các đại lượng sau đây đặc trưng cho đối tượng bảo

vệ và chức năng quá dòng:

- Dòng sơ cấp IBIsc và thứ cấpIBItc danh định hay hệ số của biến dòng được chọn cho rơle

có trong danh mục thiết bị sẵn có Các giá trị này cần phải phù hợp với rơle bảo vệ Trên thực tế rơle số thường làm việc với dòng thứ cấp là 1A hay 5A tuỳ theo đơn đặt hàng Một số loại rơle chỉ cho phép chọn đại lượng sơ cấp của biến dòng với những giá trị xác định trước, nếu chọn không đúng sẽ bị báo lỗi

- Dòng danh định Idđ hoặc dòng làm việc cực đại Ilvmax của đối tượng bảo vệ, thường được quy về giá trị bội số hay phần trăm giá trị danh định sơ cấp hay thứ cấp của biến dòng Trong một số loại rơle giá trị này chỉ được phép lấy trong khoảng nào đó so với dòng sơ cấp của biến dòng được chọn , nếu không rơle sẽ báo lỗi ví dụ trong rơle SEPAM 2025LT yêu cầu chọn nIsc

và Idd phải thoả mãn điều kiện sau:

0,4IBIsc < Idd < 1,3IBIsc hay 0,76Idd < IBIsc < 2,5IddTrong trường hợp không thoả mãn các điều kiện trên, giá trị vừa nhập sẽ nhấp nháy không ổn định báo hiệu việc cài đặt không có hiệu lực

Trong nhiều loại rơle khác giá trị nói trên của đối tượng bảo vệ không cầ phải nhập vào

bộ nhớ rơle

- Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng I>, I>> thường được chọn đa dạng theo các giá trị dòng

sơ cấp, thứ cấp hay bội số giá trị danh định sơ cấp hay thứ cấp của biến dòng tuỳ theo từng loại rơle được sử dụng trong mọi trường hợp, giá trị này phải có trong miền giá trị cho trước của rơle, do đó kết quả tính toán nhận được cần phải làm tròn

- Các thời gian đặt của bảo vệ cũng phải được chọn trong miền giá trị xác định trước của rơle Khi thời gian chọn được đặt bằng ∞, chức năng quá dòng coi như bị giải trừ Điều này cũng tương tự khi ta đặt ngưỡng quá dòng lên bằng ∞ hay giá trị lớn ít gặp trên thực tế

2.2.1.2 Bảo vệ quá dòng ngưỡng cao:

Trong các rơle số, chức năng bảo vệ ngưỡng cao thường có dạng đặc tuyến độc lập với giá trị thời gian đặt thay đổi được trong khoảng rộng Chức năng của nó nói chung giống bảo vệ quá dòng cắt nhanh trong các rơle cổ điển Tuy nhiên nó còn được sử dụng như là bảo vệ dự phòng cho chức năng ngưỡng thấp, khi được cài đặt với dòng lớn hơn giá trị ngưỡng thấp và thời gian lâu hơn bảo vệ cắt nhanh

Với tư cách bảo vệ cắt nhanh, chức năng này có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì, với một hay nhiều nguồn cung cấp Ưu điểm của nó là cách li nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn hay thanh cái trạm biến áp Tuy nhiên, nó chỉ có thể bảo

vệ một phần của đối tượng bảo vệ và đây chính là nhược điểm của chức năng này

Tính toán giá trị đặt của bảo vệ:

Để đảm bảo độ chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ ngưỡng cao phải được chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại đi qua chỗ đặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài đối tượng được bảo

vệ

Giả sử ta có đường dây cần bảo vệ như trên hình 2-7 với sự phân bố dòng sự cố từ các nguồn 1 và 2 khi có ngắn mạch ba pha bên trong đường dây được bảo vệ A và B Giá trị đặt ngưỡng cao I>> của bảo vệ A2 đặt tại trạm A được xác định theo điều kiện:

I>> = kat Imax ngoài (2.8) Trong đó: kat là hệ số an toàn được đưa vào để tính đến ảnh hưởng của các sai số do tính toán ngắn mạch, do cấu tạo rơle, do thành phần không chu kì trong dòng ngắn mạch và các biến dòng, nó có giá trị bằng 1,15 đối với rơle số Hệ số này cần được chọn càng nhỏ càng tốt để tăng vùng bảo vệ của chức năng cắt nhanh

đây là đường dây AB:

- Trong trường hợp dùng bảo vệ có hướng đặt tại trạm A: Imax = IK1 là dòng ngắn mạch cực đại từ nguồn 1 tới khi có ngắn mạch 3 pha trên thanh cái trạm B

- Trong trường hợp dùng bảo vệ vô hướng tại trạm A: Imax = max(IK1, IK2), với IK2 là dòng ngắn mạch cực đại từ nguồn 2 tới khi có ngắn mạch 3 pha trên thanh cái trạm A

50 A

Hình 2-7 Sự phân bố trên đường dây của các dòng ngắn mạch 3 pha

Trong trường hợp dùng bảo vệ quá dòng có hướng, rơle A2 chỉ phản ứng đối với dòng ngắn mạch chạy đến từ nguồn 1, vì vậy dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất sẽ bằng dòng sự cố tại thanh cái trạm B Còn khi vị trí NM thay đổi bên trong đường dây, giá trị dòng NM ứng với chế độ cực đại và cực tiểu của hệ thống sẽ được biểu diễn bởi các đường cong IAmax = f1(l) và IAmin = f2(l), trong đó l là khoảng cách từ điểm ngắn mạch

tới chổ đặt rơle ở trạm A

Điểm C (giới hạn vùng cắt nhanh) xác định theo hoành độ giao điểm đường cong

IAmax = f1(l) với đườn thẳng I>> Vùng tác động AC của bảo vệ A2 thay đổi từ IAmax đến

IAmin tuỳ theo chế độ hệ thống là cực đại hay cực tiểu Trong một số trường hợp, vùng tác động có thể suy giảm đến 0 nếu tại mọi vị trí trên đường dây IAmin = f2(l) < I>> Khi dùng bảo vệ vô hướng, rơle A2 cũng phản ứng đối với dòng ngắn mạch từ nguồn 2 tới, vì vậy khi xét dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất phải tính đến cả dòng IK2 Khác với bảo vệ ngưỡng thấp, trong công thức (2.8) không tính đến hệ số trở về của chức năng bảo vệ, vì khi có ngắn mạch ngoài nó không tác động Còn đối với bảo

vệ ngưỡng thấp, khi có ngắn mạch ngoài, phần tử so sánh của nó sẽ bị kích hoạt ngay, song tín hiệu tác động có thể không được phát ra cho phần tử thao tác đầu ra, nếu trong thời gian đặt của chức năng này ngắn mạch ngoài bị cách li Tuy nhiên khi đó phần tử

so sánh của nó vẫn sẽ phải mất thời gian nào đó để giả trừ khi giá trị dòng qua rơle giảm xuống nhỏ hơn dòng trở về, vì vậy hệ số trở về cần được xét đến trong công thức (2.3)

Cuối cùng giá trị của chức năng ngưỡng cao cắt nhanh phải lớn hơn so với dòng xung kích khi đóng mạch nguồn cung cấp hay cắt ngắn mạch ngoài, nếu bảo vệ quá dòng không có khả năng tự phát hiện các chế độ làm việc này (ví dụ phát hiện sóng hài, kiểm tra tiếp điểm máy cắt)

Thời gian đặt t>>của bảo vệ quá dòng cắt nhanh thường cho bằng 0 Tuy nhiên, trong một số trường hợp để tránh rơle tác động nhầm trong các chế độ nhiễu loạn khi thành phần khác với sóng hài 50Hz vượt quá giá trị nào đó, đại lượng này có thể đặt bằng một vài chu kì tần số công nghiệp để rơle có thời gian lọc các tín hiệu nhiễu ra khỏi thành phần dòng đầu vào Trên thực tế, thời gian cắt nhanh của bảo vệ t>> có giá trị khoảng 0,03÷0,05s tuỳ theo từng loại rơle số

2.2.2.Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến phụ thuộc:

Rơle quá dòng với đặc tuyến phụ thuộc được sử dụng cho các đối tượng bảo vệ

có dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch bên trong nó Nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì không khớp với khả năng chịu dòng của đối tượng: rơle sẽ cách li sự cố với thời gian như nhau mặc dù dòng ngắn mạch biến động nhiều Khi có dòng NM lớn, đối tượng bảo vệ có thể không chịu được dòng qua nó nhưng rơle vẫn chưa tác động, trong khi với dòng NM bé không duy trì, bảo vệ lại cắt quá sớm gây gián đoạn không mong muốn chế độ làm việc liên tục của đối tượng bảo vệ Hiện nay

người ta có xu hướng áp dụng chức năng

bảo vệ quá dòng với thời gian phụ thuộc như

một bảo vệ thông thường thay thế cho các

rơle với đặc tuyến độc lập

Rơle có đặc tính thời gian phụ thuộc

làm việc với thời gian xác định nào đó khi

dòng vượt quá giá trị khởi động, thời gian

tác động của rơle phụ thuộc vào trị số dòng

điện qua rơle.Thời gian làm việc giảm khi

dòng điện tăng cao

*Đặc tính thời gian phụ thuộc có giới

hạn nhỏ nhất (độ dốc chuẩn) Loại này làm

việc theo đặc tính dòng điện- thời gian ở các

giá trị của dòng điện NM nhỏ và đặc tính

phụ thuộc có giới hạn khi dòng điện NM lớn Nói cách khác, khi dòng điện NM nhỏ hơn 10 lần dòng định mức thì rơ le làm việc theo đặc tính phụ thuộc Khi tỉ số dòng

NM trên dòng định mức 10 đến 20 lần thì đặc tính là đường thẳng, nghĩa là đặc tính thời gian giới hạn Đường cong 1(hình2-8) cho dạng đặc tuyến độ dốc chuẩn Loại đặc tính này được dùng rộng rãi để bảo vệ mạng phân phối

*Đặc tính thời gian rất dốc (đường 2) Loại này cho độ dốc phụ thuộc nhiều

hơn loại độ dốc chuẩn, đặc tính phụ thuộc của nó nằm giữa đặc tính độ dốc chuẩn và loại cực dốc như đường cong 3 Đặc tính thời gian rất dốc có tính chọn lọc tốt hơn loại dốc chuẩn Vì thế đặc tính này được dùng khi đặc tính dốc chuẩn không đảm bảo tính chọn lọc

*Đặc tính thời gian cực dốc: Loại này cho đặc tính dốc nhiều hơn loại rất dốc và

dốc chuẩn Khi đặc tính dốc chuẩn và rất dốc không đảm bảo tính chọn lọc thì đặc tính này được dùng Đặc tính này thích hợp dùng để bảo vệ máy phát, máy biến áp động lực để chống quá nhiệt

2.2.2.1 Độ phân cấp về thời gian đối với đặc tuyến phụ thuộc:

Tương tự như các bảo vệ liền kề có đặc tuyến tác động độc lập, đối với rơle quá dòng có đặc tuyến phụ thuộc với công thức (2.2), độ phân cấp về thời gian giữa hai bảo vệ liền kề phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Thời gian cắt của máy cắt bảo vệ trước xác định bởi thời gian truyền tín hiệu cắt

từ rơle số tới máy cắt, thời gian kích hoạt cuộn cắt và thời gian dập hồ quang

- Sai số đo lường của hai rơle liền kề ảnh hưởng đến thời gian-dòng có giá trị cực đại khi chúng cộng hưởng với nhau Sai số này phụ thuộc vào độ lớn của dòng tác động Ngoài ra khác với ở đặc tuyến độc lập, ở đây còn phải tính đến sai số đo lường của biến dòng vì sai số về dòng sẽ dẫn đến sai số về thời gian trong các đặc tuyến phụ thuộc

- Sai số về thời gian do quán tính của rơle số Khi dòng ngắn mạch ngoài ở đầu vào rơle bị cắt, nó vẫn có thể tác động thêm một thời gian nữa do năng lượng điện vẫn còn duy trì ở các mạch dung kháng bên trong rơle Sai số này khiến cho rơle bị chậm thao tác khi phải cắt NM trong vùng ngay sau khi có NM bên ngoài đối tượng bảo vệ Như vậy công thức (2.2) có thể viết lại như sau đối với các đặc tuyến phụ thuộc:

Các giá trị còn lại giống như ở công thức (2.2)

Điều chú ý là công thức (2.2) sai số tuyệt đối của các rơle và BI đo lường là một đại lượng thay đổi phụ thuộc vàp dòng ngắn mạch qua rơle, tức là vị trí điểm sự cố

Vì vậy việc xác định độ phân cấp thời gian sẽ phụ thuộc vào dòng NM tại các vị trí chuyển tiếp cấp bảo vệ

2.2.2.2 Nguyên tắc phối hợp theo thời gian các bảo vệ với đặc tuyến phụ thuộc:

Để phối hợp các bảo vệ liền kề với các đặc tuyến phụ thuộc ta cần thực hiện các nguyên tắc cơ bản sau:

- Khi vẽ trên cùng một hệ toạ độ “thời gian-dòng”, đặc tuyến bảo vệ cần phải nằm dưới

và có độ nghiêng càng gần với đặc tuyến chịu dòng an toàn của đối tượng bảo vệ càng tốt

- Các bảo vệ liền kề nên lấy các đặc tuyến có độ dốc giống nhau, tức là theo cùng một tiêu chuẩn đường cong

- Đảm bảo để các bảo vệ càng xa nguồn càng có giá trị đặt dòng nhỏ hơn so với các bảo

vệ gần nguồn

- Việc chọn hệ số thời gian đặt phải thực hiện sao cho rơle sẽ tác động với thòi gian nhỏ nhất có thể tại điểm cuối đường dây

- Khi có NM tại các điểm chuyển tiếp giữa hai bảo vệ liền kề, thời gian tác động của hai bảo vệ lân cận cần phải khác biệt nhau một khoảng thời gian ít nhất là bằng độ phân cấp thời gian xác định trong chế độ cực đại của hệ thống

- Khi sử dụng các chức năng quá dòng phụ thuộc của rơle số cùng với cầu chì thì rơle có thể dự phòng cho cầu chì, còn không nên để cầu chì dự phòng cho rơle

Trên hình 2-9 trình bày nguyên lý phối hợp các bảo vệ quá dòng liền kề với đặc tuyến phụ thuộc Đặc tuyến bảo vệ chung cho các cấp đường dây cho thấy xu hướng giảm thời gian tác động của bảo vệ đối với các sự cố gần nguồn, song đồng thời vẫn đảm bảo độ phân cấp thời gian tại các điểm nhạy cảm nơi có thể xảy ra tác động nhầm

C

m 0 (I N2 )

Hình 2-9 Nguyên tắc phối hợp các bảo vệ quá dòng liền kề với đặc tuyến phụ thuộc

2.2.2.3 Đánh giá bảo vệ quá dòng với đặc tuyến phụ thuộc:

2.2.3 Bảo vệ quá dòng có hướng (67):

2.2.3.1 Nguyên tắc hoạt động:

Để tăng cường tính đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, hiện nay người ta thường thiết kế các mạnh hình vòng và mạng hai đầu cung cấp Đối với các loại mạng điện này bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp không thể đảm bảo cắt ngắn mạch một cách chọn lọc được

Hình 2-10 Mạng hình tia hai nguồn cung cấp và mạng vòng

Ví dụ: trong mạng hình tia (hình2-10) Giả thiết ở mỗi đầu đường dây đặt các bảo vệ quá dòng điện thông thường đánh số thứ tự từ 1 đến 6 Muốn thực hiện cắt chọn lọc ngắn mạch N1 cần thoả mãn t3<t2 Nhưng muốn cắt chọn lọc ngắn mạch N2 thì yêu cầu ngược lại t3>t2 Trong thực tế không thể đồng thời thoả mãn 2 yêu cầu đó Ta có thể khắc phục khó khăn trên bằng cách chỉ cho bảo vệ tác động khi công suất ngắn mạch đi từ thanh góp đến đường dây Muốn vậy mỗi bộ bảo vệ cần có thêm bộ phận định hướng công suất, bộ phận này chỉ cho phép bảo

vệ tác động khi công suất ngắn mạch đi từ thanh góp đến đường dây Trên hình 2-10 các mũi tên chỉ hướng tác động của bảo vệ Như vậy khi ngắn mạch ở N1 bảo vệ 2 không tác động, còn

NM ở N2 bảo vệ 3 không tác động khi dùng bảo vệ dòng điện có hướng chỉ cần các bảo vệ cùng hướng tác động: t5< t3<t1 và t2< t4<t6

Trong bảo vệ dòng điện có hướng, rơle công suất làm nhiệm vụ của bộ phận định hướng công suất trên hình 2-11 cho sơ đồ cấu trúc của bảo vệ dòng điện có hướng

~

RI RW

RT

AND

BI

BU

Hình 2-11 Sơ đồ cấu trúc của bảo vệ dòng điện có hướng

RI: rơle dòng điện

RW: phần tử định hướng công suất

2.2.3.2.Phần tử định hướng công suất:

Để phân tích cách làm việc của rơle định hướng công suất chúng ta sẽ khảo sát các đồ thị vectơ tương ứng với những chiều khác nhau của công suất ngắn mạch đi qua bảo vệ 2 trên

nếu ngược lại

Khi ngắn mạch (NM) tại điểm ở N2 (hình2-10), giả thiết công suất ngắn mạch qua bảo vệ

2 đi từ đường dây vào thanh góp B, dòng rơle IR (với chiều dương chấp nhận trước) bằng -IN1

và φ2=φ1-1800

Như vậy khi dời điểm NM từ vùng bảo vệ sang vùng không được bảo vệ, pha của dòng điện IR đối với điện áp UR đã thay đổi 1800 giống như chiều của công suất ngắn mạch Nhờ thế rơle định hướng công suất làm việc trên cơ sở góc pha tương đối giữa dòng và áp tại chỗ đặt bảo vệ, rơle định hướng công suất có thể làm việc theo dòng và áp toàn phần hay dòng và áp các thành phần thứ tự

Để cho rơle làm việc theo hướng mong muốn ta quan sát sự phân bố áp các thành phần thứ tự khi có ngắn mạch trên hình 2-13, ta nhận xét công suất ngắn mạch toàn phần và thứ tự thuận đi từ nguồn đến chổ ngắn mạch, công suất thứ tự nghịch đi từ chổ ngắn mạch đến nguồn, còn công suất thứ tự không đi từ chổ ngắn mạch đến thanh góp (trung tính nối đất của MBA)

Do đó khi chọn và nối sơ đồ của rơle định hướng phải lưu ý theo chiều công suất của dòng toàn phần hay theo các thành phần thứ tự, nếu phần tử định hướng công suất làm việc theo dòng và áp toàn phần vè thứ tự thuận thì chiều công suất ngắn mạch là là từ thanh góp vào chổ ngắn mạch, còn làm việc theo thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không thì chiều công suất ngắn mạch đi từ chổ ngắn mạch vào thanh góp

a) Đặc tính làm việc của bộ phận định hướng công suất:

Để xác định hướng công suất người ta dùng bộ so sánh pha để xác định quan hệ giữa hai đại lượngUR và IR đưa vào rơle hoặc dùng bộ so sánh chỉ số tuyệt đối của hai đại lượng và tổ hợp của 2 tín hiệu UR và IR cũng cho ta quan hệ góc pha giữa UR và IR

Người ta có thể dùng các giản đồ sau để biểu diễn sự làm việc của bộ phận định hướng công suất (hình 2-11) Đặc tính làm việc của bộ phận định hướng công suất (RW) được đặc trưng bằng phương trình:

-(900 + α) φR  (900 -α) (2.10) với φR=(UR, IR), UR vàIR là vec tơ áp và dòng đưa vào rơle

Từ (2.10) ta có thể xác định được vùng tác động và không tác động của phần tử định hướng công suất Nếu 1 trong 2 tín hiệu đưa vào UR=0 hoặc IR=0 hay vectơ IR nằm gần biên giới tác động có thể bộ phận so sánh không đủ độ nhạy để tác động hoặc tác động nhầm Từ đó

có khái niệm góc có độ nhạy cực đại φR=φnhmax, tại góc này RW làm việc với độ nhạy cao nhất Người ta thường chọn α = -φnhmax Phương trình khởi động của RW trở thành:

-(900 - φnhmax)φR (900 + φnhmax) (2.11) Đặc tính làm việc của RW và đặc tính góc UkđR = f(φR) khi IkđR là hằng số (hình 2-14a), là đặc tính Volt-AmpeUkđR = f(IR) khi φR là hằng số (hình 2-14b) Các đặc tuyến này của rơle được xây dựng trong điều kiện φkđR = φnhmax Chất lượng RW được đánh giá bằng các giá trị khởi động Ukđmin và Ikđmin Dạng đặc tuyến cho ở hình 2-14 là dạng gần lý tưởng Đặc tuyến thực tế khác so với đặc tính trên nhiều hay ít tuỳ thuộc vào RW được cấu tạo bằng loại gì (điện

tử, điện cơ )

Ta có thể xem phần tử định hướng công suất là trường hợp riêng của phần tử xác định tổng trở của đối tượng bảo vệ Khi đó biểu diễn đặc tính làm việc là đường thẳng đi qua góc O

của mặt phẳng tổng trở Z Đường này chia mặt phẳng tổng trở thành hai vùng, vùng tác động và vùng không tác động Nếu chiều công suất đúng thì tổng trở của đối tượng bảo vệ nằm trong vùng tác động và ngược lại Điện áp UR, IR đưa vào rơle có thể là áp, dòng toàn phần hay các thành phần thứ tự, tuỳ theo yêu cầu của bảo vệ

Hình 2-14 Đặc tuyến làm việc của phần tử định hướng công suất

b) Sơ đồ nối rơle định hướng công suất:

Phần tử định hướng công suất loại nối vào áp và dòng toàn phần, cần chọn áp và dòng vào rơle sao cho xác định đúng dấu công suất ngắn mạch đối với dạng NM bất kì và sao cho rơle có độ nhạy cao nhất (φRN gần trùng φnhmax)

Khi ngắn mạch gần chổ đặt bảo vệ, UR có thể có giá trị gần bằng không, rơle công suất có thể không tác động được Từ điều kiện trên có thể rút ra kết luận là cần phải nối rơle vào áp nào sao cho khi ngắn mạch gần, áp không giảm tới không và tổ hợp áp và dòng đưa vào mỗi rơle cần được chọn sao cho NM góc φR không có giá trị bất lợi Tất nhiên yêu cầu đầu tiên trong hai yêu cầu trên chỉ có thể thực hiện được đối với ngắn mạch hai pha và một pha, khi có NM ba pha, tất cả các pha cũng như áp dây có thể

giảm tới không

Trong các sơ đồ bảo vệ dòng điện có

hướng ngày nay người ta thường nối RW

theo sơ đồ 900, 600 loại 1, 600 loại 2 và sơ đồ

300, tên gọi trên mang tính chất quy ước Sơ

đồ được đặt tên theo góc giữa áp và dòng đưa

vào rơle trong chế độ đối xúng với điều

kiệndòng trong các pha trùng với áp các pha

b

Sơ đồ 600loại 2

khảo sát cách làm việc của rơle pha A có: UR=Ubc và IR=Ia

Góc lệch pha φN giữa dòng điện pha Ia và áp pha khi NM 3

pha là góc của tổng trở đoạn dây từ chổ NM đến chổ bảo

vệ và điện trở quá độ rt tại chổ NM

Thường thì 0 φN  900, do đó -900 φR 0

900φR=φnhmax0, 0-φnhmax900

Giả thiết chọn α = 450, thì khi φR = 450 phương trình vectơ dòng điện sẽ trùng với đường

có độ nhạy cực đại và rơle sẽ làm việc trong điều kiện thuận lợi nhất Từ đồ thị hình 2-14 ta thấy rằng đối với bất cứ giá trị nào của I3a rơle cũng đều tác động đảm bảo nếu như giá trị của điện

áp đặt vào U3bc đủ để khởi động

2.2.4 Bảo vệ dòng điện chống chạm đất (51N):

Độ lớn dòng chạm đất (ba lần dòng thứ tự không) được xác định bởi chế độ làm việc của điểm trung tính hệ thống điện Trong lưới với điểm trung tính cách đất, dòng chạm đất thường không vượt quá vài chục ampe Còn trong lưới có điểm trung tính nối qua cuôn Peterson, dòng

chạm đất cĩ thể được giảm thiểu đi rất nhiều Khi đĩ cần phải sử dụng những bảo vệ cĩ độ nhạy cao phản ứng với dịng thứ tự khơng (TTK)

Trong hệ thống cĩ điểm trung tính nối đất trực tiếp, khi cĩ sự cố chạm đất trong đường dây được bảo vệ, dịng TTK phần lớn đến từ điểm trung tính của hai trạm ở hai đầu đường dây, cịn từ các trạm khác thì rất ít Điều này cho phép đảm bảo sự phối hợp tốt theo dịng của bảo vệ TTK Các bảo vệ trong trường hợp này thường được phối hợp theo nguyên tắc phân cấp như đối với bảo vệ quá dịng pha

Trong rơle số tồn tại ba dạng sơ đồ sử dụng biến dịng trong bảo vệ quá dịng chống sự cố chạm đất Đĩ là các biến dịng pha đo lường TTK mắc theo sơ đồ tổng ba pha, biến dịng TTK cho bảo vệ chống dịng chạm đất lớn và biến dịng TTK cĩ độ nhạy cao

Sơ đồ thứ nhất thường dùng cho lưới cĩ điểm trung tính nối đất trực tiếp hay qua tổng trở thấp, khi cĩ dịng chạm đất qua các pha cĩ giá trị lớn nên gọi là bảo vệ dịng TTK cho lưới cĩ dịng chạm đất lớn Khi đĩ rơle thường được nối với tổng trở các dịng pha từ 3 biến dịng riêng biệt nên cĩ độ chính xác thấp trong sơ đồ này, ngồi tỉ số biến dịng pha, ta vẫn cĩ thể nhận được tỉ số biến dịng TTK khác biệt với tỉ số đầu như trên hình 2-16

Bảo vệ dùng biến dịng TTK thường được sử dụng cho mọi trường hợp cĩ sự cố chạm đất, song đặc biệt hữu dụng trong các lưới cĩ dịng chạm đất bé như lưới với điểm trung tính cách đất hay nối đất qua cuộn dập hồ quang bù dịng dung kháng (cịn gọi là cuộn Peterson) Chúng dùng các biến dịng TTK một lõi sắt từ bọc lấy cả ba pha hay đường nối đất từ điểm trung tính Biến dịng TTK độ nhạy cao phát hiện dịng chạm đất thường cĩ giá trị danh định nhỏ hơn nhiều so với biến dịng TTK cho bảo vệ cĩ dịng chạm đất lớn và được nối với rơle số theo các đầu vào riêng biệt (hình 2-16b) Các tỷ số các biến dịng nĩi trên được cài đặt trong rơle tại các địa chỉ khác nhau

Biến dòng TTK độ nhạy cao RƠLE SỐ

Hình 2-16 Cách nối biến dịng TTK theo sơ đồ tổng ba pha (a)

và sơ đồ nối chung các biến dịng trong rơle số (b)

Trong rơle quá dòng số, ngoài các biến dòng người ta có thể sử dụng thêm các biến điện

áp với các sơ đồ khác nhau Sơ đồ biến điện áp kiểu Y0-Y0 thường là để xác định chiều công suất dòng NM, d trong bảo vệ có hướng Còn sơ đồ tam giác hở là để xác định dòng thứ tự không, nó thường làm việc kết hợp với chức năng quá dòng chạm đất độ nhạy cao trong lưới có điểm trung tính cách đất hay nối đất qua tổng trở

Chức năng quá dòng chạm đất trong rơle số thường có hai ngưỡng là ngưỡng cao và ngưỡng thấp Để giảm thiểu xác suất cắt nhầm do cực máy cắt cắt không đồng thời, người ta thường giới hạn thời gian tác động của cấp cắt nhanh khoảng dưới 2 chu kì tần số công nghiệp đối với các máy cắt đơn pha Còn cấp ngưỡng thấp cũng có thể có dạng đặc tuyến độc lập hay phụ thuộc, trong đó nên sử dụng loại đặc tuyến thứ hai để tăng khả năng bảo vệ

Khi sử dụng chức năng quá dòng chạm đất trong rơle số, ta cần phải phân biệt hai loại bảo vệ với các giá trị đặt được xuất phát từ những cơ sở lập luận khác nhau Bảo vệ quá dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất lớn thường được hiệu chỉnh theo dòng không cân bằng cực đại

và dòng TTK qua chổ đặt bảo vệ Còn bảo vệ quá dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất bé

thường được xác định theo dòng dung kháng

2.3 Tìm hiểu rơle quá dòng số MICOM-P12X

2.3.1 Giới thiệu:

Rơle MICOM P120, P121,P122 và P123 của ALSTOM được thiết kế với nhiều chức năng để bảo vệ, đo lường, có thể điều khiển làm việc tự động bằng các lệnh lập trình sẵn Được ứng dụng nhiều trong mạng lưới điện trung áp

Hình 2-17 Họ rơle P12X

Chức năng bảo vệ quá dòng pha và đất bao gồm cắt nhanh và cắt có thời gian trễ

Sử dụng sơ đồ logic khoá trong mạch bảo vệ làm trì hoãn được thời gian cắt, có thể

tính theo đặc tính thời gian độc lập hoặc đặc tính phụ thuộc Sự lựa chọn phạm vi của đặc tính thời gian làm cho bảo vệ có thể dễ dàng phù hợp với dạng sơ đồ bảo vệ được

MICOM P122

MICOM P123

Hình 2-18 Mặt trước của họ rơle P12X

2.3.2 Các thông số kỹ thuật:

2.3.2.1 Bảo vệ quá dòng pha:

-Vùng giới hạn dòng điên pha(0,1÷40)In, bước nhảy 0,01In

-Ngưỡng tác động gồm 3 dòng tác động độc lập:

+Dòng tác động ngưỡng thấpI>: (0,1÷25)In

+Dòng tác động ngưỡng cao I>>: (0,5÷40)In

+Dòng tác động ngưỡng rất caoI>>>: (0,5÷40)In

Chú ý: Khi Iđược phối hợp với đặc tính IDMT, giá trị lớn nhất nên đặt bằng 2I n

-Thời gian cắt nhanh: <30 ms

-Thời gian trở về: 30 ms

-Thời gian trễ mỗi pha ( t I;t I;t I):

+Đối với đặc tính DMT: (0÷150)s, bước nhảy 10 ms

+Đối với đặc tính IDMT:

 Theo tiêu chuẩn IEC:sử dụng các loại đường cong sau: Đường cong tác động nhanh ( ALSTOM); Đường cong dốc chuẩn (IEC); Đường cong rất dốc(IEC); Đường cong cực kỳ dốc (IEC) và Đường cong tác động lâu( ALSTOM)

 Theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE:

Đường cong tác động nhanh (CO2); Đường cong dốc vừa phải (ANSI); Đường cong rất dốc và cực kỳ dốc(ANSI); Đường cong tác động lâu (CO8)

Hình 2-19 Đường cong IEC và ASLTOM

Hình 2-20 Đường cong ANSI/IEEE và CO

Giá trị đặt hệ số thời gian (TMS): (0,025÷1.5), bước nhảy 0,025

- Đối với P121, thời gian trễ với đặc tính độc lập IDMT được đặt bằng 50 ms

- Đối với P122 và P123, thời gian trễ pha theo dạng đường cong IEEE/ANSI: Đường cong tác động nhanh, đường cong dốc vừa phải, đường cong rất dốc và cực kỳ dốc, thì thời gian đó được đặt bằng: (0.025÷3,2), bước nhảy 0,025

- Sử dụng đường cong theo tiêu chuẩn IEC, thời gian trở về có giá trị: (0,04÷100)s, bước nhảy 0,01s

2.3.2.2 Bảo vệ quá dòng chạm đất:

- Giới hạn dòng chạm đất :(0,01÷8) Ien bước nhảy 0,005Ien

Hoặc: (0,1÷40)Ien bước nhảy 0,05Ien