Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab simulink và ứng dụng mô phỏng vào mạng lưới Micro Grid

Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab simulink và ứng dụng mô phỏng vào mạng lưới Micro Grid Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab simulink và ứng dụng mô phỏng vào mạng lưới Micro Grid Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab simulink và ứng dụng mô phỏng vào mạng lưới Micro Grid luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

Mô ph ỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab Simulink và ứng dụng mô

ph ỏng vào mạng lưới Micro Grid

BÙI HUY ANH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

B ẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

H ọ và tên tác giả luận văn: Bùi Huy Anh

Đề tài luận văn: Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab Simulink

và ứng dụng mô phỏng vào mạng lưới Micro Grid

Chuyên ngành: H ệ thống điện

Mã s ố SV: CB180113

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác

nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 3/7/2020 với các nội dung sau:

- Sửa lỗi chính tả trong luận văn

- Bổ sung chú thích trong luận văn

- Bổ sung phần trích dẫn theo tài liệu tham khảo

Ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn Tác gi ả luận văn

PGS TS Nguyễn Đức Huy Bùi Huy Anh

CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS Lã Văn Út

M ẫu 1c

L ỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn thạc sĩ, em đã

nhận được sự khuyến khích, động viên và tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp và gia đình

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô tại Bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Đức Huy - người đã trực tiếp hướng dẫn và đóng góp ý kiến cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình vì đã luôn hỗ trợ, động viên em trong suốt những năm tháng học tập, nghiên cứu để đạt được kết quả này

Trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hệ thống điện không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp xây dựng từ các thầy cô giáo để luận văn được hoàn thiện hơn nữa và có ý nghĩa thiết thực áp dụng trong thực tế

Em xin chân thành cảm ơn!

Tác gi ả

Bùi Huy Anh

TÓM T ẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

2 Phương pháp nghiên cứu, công cụ nghiên cứu

Việc nghiên cứu dựa trên các tài liệu lí thuyết trong nước và ngoài nước, tiêu biểu như sách “Design, modeling and evaluation of protective relays for power systems” của nhóm tác giả M Kezunovic…

Sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab Simulink để xây dựng mô hình thuật toán của các rơle bảo vệ Từ đó thiết lập mô phỏng lại đường dây, hệ thống Micro Grid và sự cố ngắn mạch trên hệ thống So sánh đối chiếu các kết quả

và đưa ra nhận xét

3 Kết quả của luận văn

Luận văn đã đưa ra được một số kết quả kết quả cơ bản đánh giá được tính chọn lọc và thời gian tác động của Rơle bảo vệ quá dòng và Rơle bảo vệ so lệch dọc ứng dụng trên mạng lưới Micro Grid

Tuy nhiên, kết quả mô phỏng còn một số thiếu sót nhất định như chưa thể lập trình mô phỏng hoàn chỉnh đối với một lưới điện Micro Grid với đầy đủ các

chức năng bảo vệ đã đề ra Đây cũng là yếu tố cần tìm hiểu và nghiên cứu thêm

M ỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 3

2.1 Nguyên tắc tác động 3

2.2 Bảo vệ dòng điện cực đại 3

2.2.1 Tính toán dòng khởi động 3

2.2.2 Độ nhạy của bảo vệ 5

2.2.3 Thời gian tác động của bảo vệ 5

2.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 9

2.3.1 Bảo vệ cắt nhanh của đường dây có một nguồn cung cấp 10

2.3.2 Bảo vệ cắt nhanh của đường dây có hai nguồn cung cấp 12

2.4 Bảo vệ dòng điện cực đại có kiểm tra áp 13

2.5 Bảo vệ dòng điện ba cấp 15

2.6 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện 17

CHƯƠNG 3: BẢO VỆ SO LỆCH 18

3.1 Nguyên tắc tác động 18

3.1.1 Sơ đồ vòng tuần hoàn 19

3.1.2 Sơ đồ loại cân bằng áp 20

3.2 Dòng không cân bằng trong bảo vệ so lệch 21

3.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch dòng điện 22

3.4 Những biện pháp thường dùng để nâng cao độ nhạy và tính đảm bảo của bảo vệ 23

3.4.1 Nối các rơle qua máy biến dòng trung gian bão hòa 24

3.4.2 Rơle so lệch có hãm 24

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG RƠLE BẢO VỆ TRÊN MATLAB SIMULINK 33

4.1 Mô phỏng tính toán bảo vệ quá dòng trên Matlab Simulink 33

4.1.2 Thiết lập thông số đầu vào và xây dựng sơ đồ mô phỏng 34

4.1.3 Lưu đồ giải thuật bảo vệ quá dòng 36

4.1.4 Kết quả mô phỏng 37

4.2 Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch dọc áp dụng trên mạng lưới Micro Grid 49 4.2.1 Mô hình mô phỏng hệ thống Micro Grid 49

4.2.3 Lưu đồ giải thuật bảo vệ so lệch 56

4.2.4 Kết quả mô phỏng 57

4.3 Đánh giá ảnh hưởng sự thay đổi của tần số lên bảo vệ so lệch 64

4.3.1 Thiết lập thông số đầu vào cho nguồn 220kV 64

4.3.2 Kết quả mô phỏng 65

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 69

5.1 Các kết luận chính 69

5.2 Hướng phát triển của luận văn 69

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 71

PH Ụ LỤC 72

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Đồ thị đặc trưng trạng thái của bảo vệ khi sự cố 4

Hình 2.2 BVDĐCĐ cho đường dây hình tia một nguồn cung cấp 5

Hình 2.3 Đặc tuyến làm việc dòng điện thời gian của rơle dòng điện 7

Hình 2.4 Các dạng đặc tính thời gian phụ thuộc 8

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa BVCN của đường dây có một nguồn cung cấp 10

Hình 2.6 Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh 11

Hình 2.7 Trường hợp đường dây thành khối với máy biến áp 12

Hình 2.8 Sơ đồ minh họa BVCN của đường dây có hai một nguồn cung cấp 12 Hình 2.9 Bảo vệ dòng điện cực đại có kiểm tra áp 14

Hình 2.10 Mạng hình tia 1 nguồn cung cấp sử dụng bảo vệ dòng điện 3 cấp 26

Hình 2.11 Đặc tính thời gian chọn lọc vủa bảo vệ dòng điện ba cấp 16

Hình 3.1 Nguyên tắc cơ bản của bảo vệ so lệch 18

Hình 3.2 Sơ đồ minh họa so lệch dòng tuần hoàn 19

Hình 3.3 Đồ thị vectơ của dòng điện trong mạch BVSL 20

Hình 3.4 Sơ đồ do lệch loại cân bằng áp 20

Hình 3.5 Sơ đồ nối rơ le qua MBI bão hòa trung gian (a), MBI bão hòa loại thường (b) và MBI loại tác động mạnh (c) 24

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lí của bảo vệ so lệch dùng rơle có tác động hãm …… 25

Hình 3.7 Đồ thị véc tơ của dòng điện trong mạch rơle 26

Hình 3.8 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch 27

Hình 3.9 a) Đặc tính khởi động của rơ le so lệch có hãm đặc tuyến 1 và không hãm đặc tuyến 2 29

Hình 3.9 b) Đặc tính khởi động của rơ le so lệch có tác động hãm 29

Hình 3.10 Đồ thị xác định độ nhạy của bảo vệ so lệch có tác dụng hãm 30

Hình 3.11 Nguyên lí BVSL thứ tự không 30

Hình 3.12 Đặc tuyến làm việc của BVSL thứ tự không có hãm trong trường hợp chạm đất bên ngoài 32

Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng bảo vệ quá dòng trong hệ thống điện 33

Hình 4.2 Thông số Block nguồn 3 pha 34

Hình 4.3 Thông số đường dây tính trên 100 km 34

Hình 4.4 Thông số Block phụ tải 1 35

Hình 4.5 Thông số Block phụ tải 2 35

Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật rơle quá dòng xét trên 1 pha 36

Hình 4.7 Dòng 3 pha qua BV1 khi hệ thống làm việc bình thường 38

Hình 4.8 Dòng 3 pha qua BV2 khi hệ thống làm việc bình thường 38

Hình 4.9 Tín hiệu Trip bảo vệ 1 39

Hình 4.10 Tín hiệu Trip bảo vệ 2 39

Hình 4.11 Dòng 3 pha qua BV1 khi sự cố ngắn mạch pha A chạm đất trên đường dây AB 40

Hình 4.12 Dòng 3 pha qua BV2 khi sự cố ngắn mạch pha A chạm đất trên đường dây AB 40

Hình 4.13 Tín hiệu Trip BV1 khi xảy ra NM pha A chạm đất trên đường dây AB 41

Hình 4.14 Tín hiệu Trip BV2 khi xảy ra NM pha A chạm đất trên đường dây AB 41

Hình 4.15 Tín hiệu khởi động BV1 khi xảy ra NM pha A chạm đất trên đường dây AB 42

Hình 4.16 Dòng 3 pha qua BV1 khi sự cố ngắn mạch hai pha A và B chạm đất trên đường dây BC 43

Hình 4.17 Dòng 3 pha qua BV2 khi sự cố ngắn mạch hai pha A và B chạm đất trên đường dây BC 43

Hình 4.18 Tín hiệu Trip BV1 khi sự cố NM hai pha A và B chạm đất trên đường dây BC 44

Hình 4.19 Tín hiệu Trip BV2 khi sự cố NM hai pha A và B chạm đất trên đường dây BC 44

Hình 4.20 Dòng 3 pha qua BV1 khi sự cố NM ba pha trên đường dây AB 45

Hình 4.21 Dòng 3 pha qua BV2 khi sự cố NM ba pha trên đường dây AB 45

Hình 4.22 Tín hiệu Trip BV1 khi sự cố NM ba pha trên đường dây AB 46

Hình 4.23 Tín hiệu Trip BV2 khi sự cố NM ba pha trên đường dây AB 46

Hình 4.24 Dòng 3 pha qua BV1 khi sự cố NM hai pha A và B trên đường dây BC 47

Hình 4.25 Dòng 3 pha qua BV2 khi sự cố NM hai pha A và B trên đường dây BC 47

Hình 4.26 Tín hiệu Trip BV1 khi sự cố NM hai pha A và Btrên đường dây AB 48

Hình 4.27 Tín hiệu Trip BV2 khi sự cố NM hai pha A và B trên đường dây AB 48

Hình 4.28 Mô hình mô phỏng ứng dụng BVSL dọc trên hệ thống Micro Grid 49

Hình 4.29 Thông số cho khối máy phát không đồng bộ 49

Hình 4.30 Mô hình mô phỏng chi tiết máy phát điện gió 50

Hình 4.31 Mô hình bộ điều khiển công suất và tốc độ tua-bin 52

Hình 4.32 Mô hình bộ điều khiển bộ biến đổi phía rotor 53

Hình 4.33 Mô hình bộ điều khiển bộ biến đổi phía lưới 54

Hình 4.34 Lưu đồ giải thuật rơle bảo vệ so lệch trên 1 pha 56

Hình 4.35 Dòng điện qua các bảo vệ 57

Hình 4.36 Tín hiệu trip của các bảo vệ 57

Hình 4.37 Dòng điện qua các bảo vệ, sự cố A-g 58

Hình 4.38 Tín hiệu logic cắt của các bảo vệ, sự cố A-g 58

Hình 4.39 Dòng điện qua các bảo vệ, sự cố A-B-g 59

Hình 4.40 Tín hiệu logic cắt của các bảo vệ, sự cố A-B-g 60

Hình 4.41 Dòng điện qua các bảo vệ, sự cố ba pha 60

Hình 4.42 Tín hiệu logic cắt các bảo vệ, sự cố ba pha 61

Hình 4.43 Dòng điện qua các bảo vệ, sự cố B-C 61

Hình 4.44 Tín hiệu logic cắt của bảo vệ so lệch 62

Hình 4.45 Dòng điện qua các bảo vệ, sự cố A-g ngoài vùng 62

Hình 4.46 Tín hiệu logic cắt của các bảo vệ 63

Hình 4.47 Thiết lập nguồn điện với tần số thay đổi 64

Hình 4.48 Dòng điện qua các bảo vệ 65

Hình 4.49 Tín hiệu logic các bảo vệ, sự cố ngoài vùng 65

Hình 4.50 Dòng điện so lệch và dòng điện hãm, sự cố ngoài 66

Hình 4.51 Dòng điện qua các bảo vệ, sự cố A-g trong vùng 66

Hình 4.52 Tín hiệu logic các bảo vệ, sự cố A-g trong vùng 67

Hình 4.53 Dòng điện so lệch và dòng điện hãm trên pha A, sự cố A-g trong vùng 67

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 3.1 Quan hệ giữa góc đặt giới hạn φlimit và hệ số hãm k 32

Bảng 4.1 Tín hiệu Trip logic trên từng pha và Trip tổng 37

Bảng 4.2 Thông số bộ điều khiển công suất và tốc độ tua-bin 53

Bảng 4.3 Thông số bộ điều khiển bộ biến đổi RSC 54

Bảng 4.4 Thông số bộ điều khiển bộ biến đổi GSC 55

CÁC T Ừ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lí do ch ọn đề tài

Quá trình vận hành hệ thống điện xuất hiện những sự cố ngắn mạch, quá tải, sự làm việc không bình thường của các phần tử Khi xảy ra sự cố thường kèm theo sự tăng đột ngột của dòng điện và sự giảm điện áp trên các pha Khi dòng điện tăng, các phần tử có dòng chạy quá có thể bị đốt nóng quá mức cho phép hay bị biến dạng bởi lực từ gây hư hỏng Khi điện áp giảm các phụ tải không thể hoạt động bình thường, các máy phát điện làm việc không ổn định

Vì vậy các sự cố cần được phát hiện sớm và chính xác để nhanh chóng cắt bỏ đoạn hư hỏng ra khỏi hệ thống, đảm bảo sự làm việc ổn định, bình thường Thiết bị có tác dụng theo dõi hệ thống điện, phát hiện sự cố, lưu thông tin sự

cố, xuất cảnh báo và tín hiệu cắt khi hệ thống điện gặp sự cố là các bảo vệ rơle

Việc nghiên cứu giải thuật nguyên lý hoạt động của bảo vệ quá dòng và

bảo vệ so lệch dọc bằng cách sử dụng mô phỏng bằng Matlab/Simulink, người nghiên cứu có thể xây dựng được mô hình rơle bảo vệ dựa trên các giải thuật khác nhau, kết hợp với các khối thiết bị có sẵn trong thư viện mô phỏng để tiến hành mô phỏng các dạng sự cố và phân tích sự làm việc của rơle Mặt khác, công cụ mô phỏng giải thuật làm việc của rơle quá dòng và role so lệch còn có thể được sử dụng để phân tích các bản ghi sự cố và đối chứng với sự làm việc của các rơ le so lệch trên thực tế Từ các kết quả mô phỏng, người sử dụng có thể đánh giá lượng hóa được ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến

sự làm việc của rơle bảo vệ, từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp về mặt chỉnh định các thông số cài đặt, cũng như lựa chọn hợp lý các thiết bị đo lường và mạch nhị thứ

Bên cạnh đó, một vấn đề khác trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện hiện nay liên quan đến sự xuất hiện ngày càng nhiều các nhà máy năng lượng tái

tạo như điện gió, điện mặt trời Vì vậy, cần có các nghiên cứu phân tích đánh

giá ảnh hưởng của các nhà máy điện năng lượng mới nói chung, cũng như nhà máy điện gió nói riêng đến mức độ ổn định tin cậy và các khía cạnh vận hành khác của hệ thống Một trong những vấn đề cần quan tâm khi kết nối nhà máy điện gió là sự phối hợp làm việc các bảo vệ cũng như độ chính xác và tin cậy

của các rơle bảo vệ với sự cố từ nhà máy điện gió Điểm mới của luận văn tập

trung phân tích đánh giá sự làm việc của rơle bảo vệ so lệch dọc khi có sự cố trong hệ thống điện có nhà máy điện gió Phương pháp nghiên cứu dựa trên

mô phỏng quá trình quá độ sự cố trong hệ thống điện có nhà máy điện gió Trên cơ sở dạng sóng dòng điện và tín hiệu trip logic thu được từ các mô

phỏng, tác giả có thể đánh giá và đưa ra các kết luận về sự phối hợp hoạt động của bảo vệ so lệch dọc khi nối lưới MicroGrid

1.2 M ục đích, ý nghĩa thực tiễn

Đề tài “Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng Matlab Simulink và ứng

dụng mô phỏng vào mạng lưới Micro Grid” được thực hiện nhằm tìm hiểu giải thuật số, sơ đồ logic của rơle bảo vệ quá dòng, rơle bảo vệ so lệch dọc và thực hiện các mô phỏng sự làm việc của rơle bảo vệ quá dòng, rơle bảo vệ so lệch dọc dựa trên phần mềm MATLAB/Simulink Từ đó, áp dụng mô phỏng

bảo vệ so lệch dọc vào hệ thống lưới điện Micro Grid có máy phát điện gió

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung vào phương pháp bảo vệ quá dòng và bảo vệ so lệch dọc trong hệ thống, các trường hợp ngắn mạch, và các giải thuật bảo vệ

1.4 N ội dung của luận văn

Nội dung của luận văn được chia làm 5 chương

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 2.1 Nguyên t ắc tác động

Bảo vệ quá dòng điện (BVQDĐ) là loại bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá giá trị định trước Có thể chọn BVQDĐ thành

bảo vệ dòng điện cực đại (BVDĐCĐ) hay bảo vệ dòng điện cắt nhanh (BVCN) Chúng khác nhau ở chỗ cách đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc và vùng bảo vệ tác động Để bảo vệ dòng điện cực đại tác động chọn lọc, người

ta tạo cho nó thời gian trì hoãn thích hợp Để đảm bảo chính xác chọn lọc cho

bảo vệ cắt nhanh cần chọn dòng khởi động thích hợp Vùng bảo vệ của BVDCĐ gồm cả phần tử được bảo vệ và các phần tử lân cận Vùng bảo vệ của BVCN chỉ một phần của phần tử được bảo vệ

2.2 B ảo vệ dòng điện cực đại

Với bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian trì hoãn lại được chia thành 2 loại tương ứng với cách lựa chọn thời gian trì hoãn Khi thời gian trì hoãn được lựa chọn một cách độc lập không phụ thuộc vào các thông số khác trong quá trình hoạt động ta có loại “rơle đặc tính thời gian độc lập” Khi thời gian trì hoãn phụ thuộc dòng điện qua bảo vệ ta có loại “rơle đặc tính thời gian

phụ thuộc” Bảo vệ dòng điện cực đại gồm 2 bộ phận chính:

• Bộ phận khởi động: nhiệm vụ phát hiện ra sự cố quá dòng điện vượt quá giá trị đặt

• Bộ phận tạo thời gian trì hoãn: tạo ra thời gian trì hoãn kể từ lúc phát

hiện sự cố đến khi bảo vệ tác động, đảm bảo cho bảo vệ tác động một cách chọn lọc

2.2.1 Tính toán dòng kh ởi động

Theo nguyên tắc tác động, dòng khởi động I c kd ủa bảo vệ phải lớn hơn dòng điện phụ tải cực đại qua chỗ đặt bảo vệ, tuy nhiên trong thực tế việc lựa chọn dòng khởi động còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Đối với các rơle

quá dòng điện, dòng điện khởi động I c kd ủa bảo vệ thường được chọn theo điều kiện:

min

NM

I : dòng cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho rơle còn khởi động được Khi xác định trị số của I NMmin cần lưu ý đến chế độ làm việc của hệ thống, cấu hình của lưới điện, vị trí điểm ngắn mạch, dạng ngắn mạch

k : hệ số trở về đặc trưng cho quan hệ giữa dòng điện khởi động I và dòng kd

điện trở về I c tv ủa rơ le Với các rơle điện cơ k tv =0.8÷0.95; với rơle tĩnh và rơle số k tv ≈ 1

Hình 2.1 Đồ thị đặc trưng trạng thái của bảo vệ khi sự cố

2.2.2 Độ nhạy của bảo vệ

Vùng tác động của bảo vệ bao gồm phần tử được bảo vệ và các phần tử lân cận Phần tử lân cận được bảo vệ thuộc vùng bảo vệ dự trữ Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy:

• Khi ngắn mạch ở vùng dự trữ yêu cầu k nh >1.2

2.2.3 Th ời gian tác động của bảo vệ

a) B ậc thời gian

Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian tác động của bảo vệ dòng điện cực đại được chọn theo nguyên tắc bậc thang Độ chênh lệch giữa thời gian tác động của bảo vệ kề nhau được gọi là bậc thời gian hay bậc chọn lọc:

1

∆ = − (2.3) Giá trị của bậc thời gian được chọn sao cho đảm bảo tính chọn lọc, các

bảo vệ gần sự cố sẽ cắt trước khi các bảo vệ xa hơn và gần nguồn kịp tác động

Ví d ụ: Xét sơ đồ đường dây hình tia một nguồn cung cấp như hình bên

dưới:

Hình 2.2 BVDĐCĐ cho đường dây hình tia một nguồn cung cấp

Giá trị của bậc thời gian∆tđược chọn sao cho giả sử khi ngắn mạch tại N3, bảo vệ 1 không kịp tác động mặc dù đã khởi động Khi ngắn mạch trên đoạn đường dây BC, bảo vệ 1 làm việc trong khoảng thời gian ngắn mạch chạy qua:

T =t +t +t (2.4) Trong đó: t BV: thời gian tác động của bảo vệ

ss

t : sai số giữa các rơle thời gian

2

MC

t : thời gian cắt của máy cắt 2

Như vậy, bảo vệ 1 không kịp tác động khi ngắn mạch trong đoạn BC thì

thời gian tác động của nó phải:

b) Rơle dòng điện có đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian trì hoãn tác động của bảo vệ được tạo nên nhờ rơle thời gian hoặc các bộ định thời và không phụ thuộc vào dòng ngắn mạch, vì vậy bảo vệ này được gọi là có đặc tính thời gian độc lập Đặc tuyến này của rơle dòng có

dạng đường thẳng (đường số 1 – hình 2.3)

Đối với rơle có đặc tính thời gian độc lập, bậc chọn lọc t∆ thường được

chọn từ (0.35 ÷ 0.6s) Thời gian tác động của bảo vệ với đặc tuyến độc lập được chọn theo nguyên tắc bậc thang:

1

n n

t =t + + ∆ (2.7) t

Hình 2.3 Đặc tuyến làm việc dòng điện thời gian của rơle dòng điện

c) Rơle dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc:

Rơle làm việc với thời gian xác định nào đó khi dòng điện vượt quá giá trị khởi động, đặc tính này gọi là phụ thuộc, đường cong 2 và 3 biểu diễn trên hình 2.3 Rơle có đặc tính phụ thuộc khởi động 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 phụ thuộc ở các giá trị của dòng điện ngắn mạch nhỏ và đặc tính phụ thuộc có giới hạn khi dòng điện

ngắn mạch lớn Nói cách khác, khi dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn 10 lần dòng định mức thì rơle làm việc theo đặc tính phụ thuộc Khi tỉ số dòng ngắn mạch trên dòng định mức từ 10 đến 20 lần thì đặc tính là đường thẳng, nghĩa là đặc tính thời gian giới hạn Đường cong 1 (hình 2.4) đặc trưng cho dạng đặc tính

độ dốc chuẩn Loại đặc tính này thường được dùng rộng rãi để bảo vệ mạng phân phối

Đặc tính thời gian rất dốc (đường cong 2 - hình 2.4): 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 (đường cong 1 – hình 2.4) và loại cực dốc như đường cong 3 – hình 2.4 Đặc tính phụ thuộc nhiều có đặc 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 (đường cong 3 – hình 2.4): Loại này cho đặc

tính dốc nhiều hơn loại rất dốc và loại dốc chuẩn Đặc tính này thích hợp để

bảo vệ máy phát, máy biến áp động lực, máy biến áp nối đất, cáp… để chống quá nhiệt

Hình 2.4 Các d ạng đặc tính thời gian phụ thuộc

Đối với rơle có đặc tính thời gian phụ thuộc thường chọn bậc thời gian

(0.3 0.5)

∆ = ÷ ; nếu dùng rơle cảm ứng cần phải thêm thời gian quán tính

của bảo vệ mà rơ le tiếp tục làm việc khi dòng ngắn mạch đã được cắt ra nên người ta thường chọn ∆ =t (0.6 1)÷ s

Ưu điểm của bảo vệ có đặc tuyến thời gian phụ thuộc là:

• Có thể phối hợp thời gian làm việc của bảo vệ các đoạn gần nhau để làm giảm thời gian cắt ngắn mạch của các bào vệ đặt gần nguồn

• Có thể làm giảm hệ số mở máy k mm khi chọn dòng điện khởi động của bảo vệ

Khuy ết điểm của loại bảo vệ này là:

• Thời gian cắt ngắn mạch tăng khi dòng điện ngắn mạch có giá trị gần bằng dòng điện khởi động

• Đôi khi sự phối hợp các đặc tính thời gian tương đối phức tạp

2.3 B ảo vệ dòng điện cắt nhanh

Bảo vệ dòng điện 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 khi ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ (cuối vùng bảo vệ của phần tử được bảo vệ) Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng điện ngắn mạch sẽ lớn hơn dòng điện khởi động, và bảo vệ sẽ tác động Bảo vệ dòng cắt nhanh thường làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé để nâng cao độ nhạy,

mở rộng vùng bảo vệ và đề phòng khả năng bảo vệ mất chọn lọc khi có giông sét

2.3.1 B ảo vệ cắt nhanh của đường dây có một nguồn cung cấp

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa BVCN của đường dây có một nguồn cung cấp

a) Dòng kh ởi động của bảo vệ

Muốn bảo vệ không tác động khi ngắn mạch ngoài đường dây bảo vệ AB, dòng khởi động được chọn như sau:

max

kd at NB

I =k ×I (2.8) Trong đó:

b) Vùng tác động của bảo vệ

Vùng bảo vệ cắt nhanh có thể xác định bằng phương pháp đồ thị

Từ sơ đồ hình tia của đường dây có một nguồn cung cấp (hình 2.5), ta xây dựng các đường cong quan hệ I N = f l( )n đối với chế độ cực đại (đường cong

1 – hình 2.6) và cực tiểu (đường cong 1 – hình 2.6)

Hình 2.6 Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh

Điểm cắt giữa đường thẳng I v kd ới đường cong 1 xác định điểm cuối vùng

bảo vệ trong chế độ cực đại và điểm cắt giữa điểm cắt đường thẳng I v kd ới đường cong 2 ứng với điểm cuối vùng bảo vệ trong chế độ cực tiểu

Vùng tác động của bảo vệ dòng cắt nhanh còn phụ thuộc vào độ dốc của đường cong I N = f l( )n Dòng I khi ng N ắn mạch ở đầu và cuối đường dây càng khác nhau nhiều thì vùng tác động của bảo vệ càng lớn Ngoài ra, người

ta cho phép dùng bảo vệ cắt nhanh nếu vùng tác động của nó không nhỏ hơn 20% chiều dài đường dây được bảo vệ (đảm bảo độ nhạy)

Nếu đường dây làm việc thành khối với máy biến áp (hình 2.7) thì BVCN chỉ cần tránh tác động khi ngắn mạch sau máy biến áp tại điểm N Trong trường họp này, BVCN rất có hiệu quả vì vùng bảo vệ có thể bao gồm toàn bộ đường dây Vì bảo vệ dòng cắt nhanh rất đơn giản nên trong trường hợp vùng tác động của bảo vệ nhỏ hơn 20%, nó được dùng bổ sung cho bảo vệ chính của đường dây nếu bảo vệ này có vùng chết ở đầu đường dây

Hình 2.7 Trường hợp đường dây thành khối với máy biến áp

c) Th ời gian tác động của bảo vệ

Thời gian tác động của bảo vệ cắt nhanh, gồm thời gian tác động của phần

đo lường và phần logic

Thời gian tác động của bảo vệ khoảng 0.02÷0.06s Đối với các đường dây trên không có đặt chống sét ống để chống quá điện áp, khi làm việc nó tạo nên ngắn mạch tạm thời trên các đường dây khoảng 0.5 1.5÷ chu kỳ dòng điện 0.01 0.03s÷ Muốn cho bảo vệ không tác động trong trường hợp này có

thể thêm phần tử trì hoãn thời gian t=0.06 0.08÷ s

2.3.2 Bảo vệ cắt nhanh của đường dây có hai nguồn cung cấp

Hình 2.8 Sơ đồ minh họa BVCN của đường dây có hai một nguồn cung cấp

a) Dòng kh ởi động của bảo vệ

Giả thiết trên hai đầu đường dây có hai nguồn cung cấp AB có đặt bảo vệ cắt nhanh CNAvà CNB Để chúng không tác động sai khi ngắn mạch tác động tại điểm N1 và N2, dòng khởi động của chúng cần được chọn lớn hơn dòng từ nguồn A khi ngắn mạch tại điểm N2 (I AN2) và dòng từ nguồn B khi ngắn mạch tại điểm N1 (I BN1) Giả thiết I AN2 >I BN1 Dòng khởi động của CNAvà

CNB chọn theo điều kiện nêu trên sẽ có giá trị bằng nhau:

2

kdA kdB at AN

I =I =k ×I (2.9) Ngoài ra, dòng khởi động của bảo vệ dòng cắt nhanh còn cần phải chọn lớn hơn dòng không cân bằng chạy giữa hai nguồn A và B khi nó dao động

max

kdA kdB at daodong

I =I =k ×I (2.10) Dòng khởi động của bảo vệ lấy bằng giá trị lớn nhất trong hai giá trị nhận được từ biểu thức (2.9) và (2.10)

b) Vùng tác động động của bảo vệ

Điểm cắt của các đường cong ngắn mạch với đường thẳng nằm ngang I BN1

(điểm 1 và 2) trên hình 2.8 xác định vùng bảo vệ.Tùy thuộc vào sự khác nhau

giữa tham số nguồn A và B, vùng bảo vệ cắt nhanh A và B sẽ khác nhau nhiều hay ít Cụ thể với trường hợp ứng với hình 2.8, khi ngắn mạch trong vùng l , A

chỉ có bảo vệ cắt nhanh CNA làm việc; và khi ngắn mạch trong vùng l , ch B ỉ có bảo vệ cắt nhanh CNB làm việc Khi ngắn mạch trong vùng giữa các điểm 1 và

2 thì không có bảo vệ nào làm việc

2.4 B ảo vệ dòng điện cực đại có kiểm tra áp

Dòng khởi động của BVDCĐ chọn theo công thức (2.1), vì vậy có giá trị lớn và bảo vệ nhiều khi có độ nhạy không đạt yêu cầu Để nâng cao độ nhạy của bảo vệ người ta dùng rơle điện áp giảm làm bộ phận khởi động (hình 2.9)

Bảo vệ chỉ tác động sau khi rơle giảm áp RU đã tác động Trị số của rơle này được chọn sao cho nó tác động khi có ngắn mạch, vì khi đó áp của mạng giảm

nhiều, nhưng không tác động đối với áp làm việc nhỏ nhất, mặc dù khi đó rơle dòng có thể tác động do quá tải

Dòng khởi động RI được chọn theo điều kiện không được tác động đối với phụ tải bình thường lâu dài I : lv

Vì dòng I lv thường nhỏ hơn I lvmax khoảng 1,5 lần, nên bảo vệ này có độ

nhạy cao hơn Áp khởi động của rơle giảm áp RU được chọn theo điều kiện sau:

• Rơle giảm áp RU không được tác động đối với áp làm việc tối thiểu

• Rơle giảm áp RU phải trở về trạng thái bình thường sau khi ngắn mạch

được loại trừ

Khi yêu cầu 2 thỏa mãn thì yêu cầu 1 cũng thỏa mãn Vì vậy áp khởi động

của RU được chọn theo điều kiện thứ 2 Thường được chọn như sau:

max0.7 0.75

U = ÷ U Độ nhạy của bảo vệ được kiểm tra theo giá trị áp đủ

lớn nhất khi ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ Yêu cầu:

2.5 B ảo vệ dòng điện ba cấp

Bảo vệ dòng ba cấp (hay còn gọi là đặc tính thời gian phụ thuộc nhiều cấp)

là sự kết hợp của các bảo vệ dòng cắt nhanh không thời gian, bảo vệ dòng cắt nhanh có thời gian và bảo vệ dòng cực đại

Nguyên tắc làm việc của bảo vệ được khảo sát thông qua sơ đồ mạng hình tia có nguồn cung cấp 1 phía như hình 2.10 Các bảo vệ A và B đặt ở đầu đường dây AB và BC Sự thay đổi giá trị của dòng ngắn mạch theo khoảng cách từ thanh góp trạm A đến điểm hư hỏng đặc trưng bằng đường cong

C ấp thứ nhất của các bảo vệ A và B là cấp cắt nhanh không thời gian với

điều kiện (t I ≤0.1s) Để đảm bảo chọn lọc, dòng khởi động I

kdA

I và I kdB I được chọn lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài cực đại Phần I

A

l và l c B I ủa đường dây (xác định bằng đồ thị trên hình 2.20) là vùng thứ nhất của bảo vệ A và B, chúng chỉ chiếm một phần chiều dài của đường dây AB và BC

C ấp thứ hai là cấp cắt nhanh có thời gian, để đảm bảo chọn lọc được chọn

với thời gian II

t lớn hơn thời gian tác động I

t của cấp thứ nhất và của bảo vệ không thời gian đặt ở các máy biến áp trạm B và C một bậc t∆ Khi chọn thời gian t II như vậy, dòng khởi động II

kdA

I và I kdB II của cấp thứ hai được chọn lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại khi hư hỏng ngoài vùng tác động của bảo vệ không thời gian đặt ở các phần tử kề trước (ví dụ, II

kdA

I được chọn lớn hơn

dòng ngắn mạch cực đại khi hư hỏng ở cuối vùng I

B

l của cấp thứ nhất bảo vệ

B hoặc hư hỏng trên thanh góp điện áp thấp của trạm B)

Đối với bảo vệ A, nếu trường hợp tính toán là chỉnh định khỏi dòng ngắn

mạch ở cuối vùng I

B

l của cấp thứ nhất bảo vệ B (dòng ngắn mạch lúc đó bằng dòng khởi động I

t và t B IIItheo nguyên tắc bậc thang

Vùng bảo vệ của cấp thứ ba III

nh

k không được nhỏ hơn 1.2

Hình 2.11 Đặc tính thời gian chọn lọc vủa bảo vệ dòng điện ba cấp

2.6 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện

 B ảo vệ dòng điện cực đại:

Ưu điểm của bảo vệ dòng điện cực đại là đơn giản, độ tin cậy cao Bảo vệ

tác động chọn lọc trong mạng hình tia với một nguồn cung cấp

Khuy ết điểm của bảo vệ dòng điện cực đại là thời gian ngắn mạch khá lớn,

nhất là các đoạn ở gần nguồn trong khi đó ngắn mạch ở gần nguồn cần được cắt nhanh để đảm bảo ổn định hệ thống, và có độ nhạy kém trong mạng phân nhiều nhánh và phụ tải lớn

 B ảo vệ dòng điện cắt nhanh

Ưu điểm của bảo vệ dòng điện cắt nhanh là tác động nhanh, độ tin cậy

cao

Khuy ết điểm của bảo vệ dòng điện cắt nhanh là vùng bảo vệ của tác động

không bao gồm toàn bộ đường dây

 B ảo vệ dòng điện ba cấp

Ưu điểm của bảo vệ dòng điện ba cấp là là bảo đảm cắt khá nhanh ngắn

mạch ở tất cả các phần của mạng điện

Khuy ết điểm của bảo vệ dòng điện ba cấp là độ nhạy thấp, chiều dài vùng

bảo vệ phụ thuộc vào tình trạng làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch, chỉ đảm bảo tính chọn lọc trong mạng hở có một nguồn cung cấp

CHƯƠNG 3: BẢO VỆ SO LỆCH 3.1 Nguyên t ắc tác động

Theo định luật Kirchoff, tổng vectơ của tất cả dòng điện ra vào các nhánh của đối tượng bảo vệ bằng không, ngoại trừ trường hợp có ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ này Do đó, nếu tất cả thứ cấp của MBI các nhánh của đối tượng bảo vệ được ghép song song với nhau với một rơle dòng điện thì sẽ không có dòng điện chạy trong rơle trừ khi có ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ

Bảo vệ dựa vào nguyên tắc trên gọi là bảo vệ so lệch (BVSL) dọc, có tính

chọn lọc tuyệt đối, phân biệt được ngắn mạch trong và ngoài đối tượng bảo vệ

và như thế cho phép cắt sự cố của phần tử được bảo vệ nhanh chóng Nói cách khác, BVSL làm việc dựa trên sự so sánh trực tiếp các dòng điện trên các nhánh của đối tượng bảo vệ Đối với đường dây làm việc song song, người ta dùng so lệch ngang để so sánh dòng chạy trên các nhánh song song Để thực

hiện BVSL dọc người ta có thể dùng loại sơ đồ dòng tuần hoàn hay sơ đồ cân

bằng áp

Hình 3.1 Nguyên t ắc cơ bản của bảo vệ so lệch

3.1.1 Sơ đồ vòng tuần hoàn

Hình 3.2 Sơ đồ minh họa so lệch dòng tuần hoàn

Các cuộn thứ cấp được nối song song sao cho khi ngắn mạch ngoài, suất điện động thứ cấp các MBI trong mạch vòng hướng nối tiếp nhau và dòng trong dây nối có cùng hướng (nếu đặt các BI cùng một quy ước cực tính thì các đầu cực thứ cấp BI gần đối tượng bảo vệ ghép nối chung với nhau và các đầu cực kia ghép nối chung với nhau) Rơle so lệch cũng nối song song với

cuộn thứ BI Dòng vào rơle :

R TI TII

I = I + I (3.1) Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (giới hạn bởi các BI) trong chế độ bình thường ITI = −ITII Dòng thứ I TIvà I TIIđi qua rơle đối chiều nhau Do đó:

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ các dòng sơ cấp I và I I II đều có hướng

từ thanh góp của trạm tới chỗ ngắn mạch

Hình 3.3 Đồ thị vectơ của dòng điện trong mạch BVSL

3.1.2 Sơ đồ loại cân bằng áp

Hình 3.4 Sơ đồ do lệch loại cân bằng áp

Các cuộn thứ cấp của BI được nối sao cho khi ngắn mạch ngoài và làm

việc bình thường, suốt điện động của chúng ngược chiều nhau trong mạch Rơle được mắc nối tiếp trong mạch dây dẫn phụ

• Khi ngắn mạch ngoài, cũng như khi có các dòng phụ tải chạy qua các suất điện động E Ivà E IIbằng nhau, ví dụ II = I và II n I =n II nên:

I II R

• Khi ngắn mạch trong toàn vùng bảo vệ, các suất điện động E Ivà E II

cộng nhau và tạo nên dòng làm rơle tác động

3.2 Dòng không cân b ằng trong bảo vệ so lệch

Khi khảo sát nguyên tắc tác động của BVSL, chúng ta giả thiết một trường

hợp lý tưởng rằng trong trường hợp bình thường và NM ngoài không có dòng điện chạy vào rơle Thực tế như đã tìm hiểu sự làm việc của BI thì dòng điện thứ cấp của BI bằng:

I  = I  − I µ (3.6)

I  = I  − I µ (3.7) Dòng trong rơle:

I  = I  − I  = I  µ − I µ = I  (3.8) Dòng điện từ hóa I Iµvà

BI có tỷ số biến đổi không giống nhau (cho các phần tử như MBA 2, 3 dây

quấn, tự ngẫu, thanh góp ) thì dòng không cân bằng sẽ tăng lên nhiều vì khi

ấy dòng từ hóa khác nhau nhiều

Đặc biệt dòng không cân bằng I kcbsẽ đạt những giá trị rất lớn khi có ngắn

mạch ngoài, khi ấy các mạch từ của BI bão hòa với mức độ khác nhau và ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch lên dòng thứ cấp của các MBI cũng khác nhau

Do đó, có thể rút ra kết luận sau cho dòng không cân bằngI kcb:

• I kcbtrong tình trạng quá độ có thể vượt quá giá trị ổn định của nó gấp nhiều lần và có thể lớn hơn cả dòng điện làm việc cực đại

• I kcbcó giá trị lớn nhất không phải ở thời điểm đầu của ngắn mạch mà hơi chậm hơn

• Có giá trị ổn định của I kcbsau lúc ngắn mạch có thể lớn hơn rất nhiều so

với trước lúc NM do từ cảm thừa trong lõi thép

• I kcbtắt tương đối nhanh (thời gian tồn tại những giá trị I kcblớn không vượt quá vài phần mười giây)

Hiện nay, chưa có phương pháp tính toán một cách chính xác và thuận tiện dòng không cân bằng I kcb.Trong thực tế, người ta dùng phương pháp tính toán dòng gần đúng

3.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch dòng điện

Để bảo vệ so lệch có thể làm việc đúng, phải chỉnh định dòng khởi động

của nó lớn hơn dòng điện không cân bằng tính toán lớn nhất khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ:

max

kd at kcbtt

I ≥K ×I (3.9)

Với I kcbttmaxlà dòng không cân bằng tính toán cực đại

(k dn = khi các BI hoàn toàn gi0 ống nhau)

(k dn = khi các BI khác nhau hoàn toàn) 1

cần phải dùng những biện pháp đặc biệt để hạn chế dòng điện không cân bằng

Có rất nhiều phương pháp để tăng tính đảm bảo và độ nhạy của bảo vệ với mức độ

phức tạp và hiệu quả khác nhau Các phương pháp thường gặp là:

• Cho BV làm việc chậm khoảng 0.3 ÷ 0.5 s Để các giá trị quá độ của

kcb

I kịp tắt đến trị số bé Phương pháp này hiện nay ít dùng vì nó làm cho bảo vệ mất tính tác động nhanh

• Nối tiếp các rơle một điện trở tác dụng phụ, khi điện trở trong mạch so

lệch tăng, dòng điện không cân bằng cũng như dòng ngắn mạch thứ cấp

giảm xuống, tuy nhiên mức độ giảm của dòng không cân bằng nhiều hơn vì trong dòng điện không cân bằng thành phần không chu kỳ nhiều hơn trong dòng di chuyển mạch

• Nối rơle qua các biến dòng bão hòa trung gian

• Dùng rơle có tác động hãm

• Dùng rơle có hãm hoặc khóa bằng họa tần bậc cao của dòng điện

Phương pháp dùng MBI bão hòa trung gian và dùng rơle có tác động hãm

là hai phương pháp thông dụng nhất

3.4.1 Nối các rơle qua máy biến dòng trung gian bão hòa

Máy biến dòng bão hòa trung gian là MBI có độ bão hòa từ rất sớm Như

ta đã biết, trong dòng ngắn mạch có hai thành phần là chu kỳ và không chu kỳ Thành phần chu kỳ đối xứng qua trục thời gian Còn thành phần không chu kỳ

lệch hẳn về một phía Thành phần không chu kỳ sẽ rơi vào vùng bão hòa của đường cong từ hóa nên sẽ gây ra một độ thay đổi tự cảm bé hay nói cách khác suất điện động thứ cấp của thành phần này bé Trong khi đó thành phần chu

kỳ nằm trong vùng tuyến tính của đường cong từ hóa nên có độ từ cảm lớn và

suất điện động của thành phần này lớn, nghĩa là chuyển tốt sang phía thứ cấp MBI bão hòa trung gian chính là bộ phận lọc thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch Người ta có thể dùng MBI bão hòa thường hình 3.5-b hay bão hòa mạnh hình 3.5-c

Hình 3.5 Sơ đồ nối rơ le qua MBI bão hòa trung gian (a),

MBI bão hòa lo ại thường (b) và MBI loại tác động mạnh (c)

3.4.2 Rơle so lệch có hãm

Rơle so lệch tác động hãm có dòng điện khởi động thay đổi khi dòng điện trong các nhánh của mạch bảo vệ thay đổi Bộ phận so sánh của role sẽ so sánh trị số tuyệt đối hai đại lượng

a) Đối với bảo vệ có hai đầu ra (máy biến áp hai cuộn dây, MF…)

- Đại lượng làm việc tỷ lệ với dòng điện so lệch

lv lv sl TI TII

I = I = I = I +I (3.12)

- Đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu của hai véctơ dòng điện hay tổng số học

c ủa hai dòng điện

-Trường hợp rơle dùng đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu vectơ hai dòng:

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lí của bảo vệ so lệch dùng

lớn hơn dòng làm việc, rơle không tác động

• Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, các vectơ I và TI I TIIcó phương gần trùng nhau nên I lv > I h Lúc đó rơle tác động

Hình 3.7 Đồ thị véc tơ của dòng điện trong mạch rơle

- Trường hợp rơle so lệch dùng đại lượng hãm là tổng số học hai dòng thì v ới các trường hợp ngắn mạch khác nhau, sự làm việc của rơle như sau:

• Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (ITI = −ITII)

Nếu chọn k = thì 1 I h =2 I TI Khi đó: I h > I lv thì rơle không tác động

• Khi ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ có nguồn cung cấp từ hai phía:

ngắn mạch

• Khi ngắn mạch bên trong đối tượng bảo vệ có nguồn cung cấp từ một phía:

từ một phía

Với k =1 ta nhận thấy I lv = khi ngI h ắn mạch bên trong đối tượng bảo

vệ Như vậy, đặc tính ngắn mạch là đường thẳng có độ dốc là 1 Theo nguyên tắc này, để rơle làm việc có một độ nhạy nhất định, người ta chọn hằng số k khác nhau để thay đổi đặc tính hãm Hình 3.8 cho ta đặc tính làm việc của rơle so lệch có đặc tính hãm

Hình 3.8 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch

Trong quá trình đối tượng bảo vệ làm việc, dòng điện I lv được so sánh

với dòng hãm Ih, nếu điểm làm việc nằm trong vùng tác động (ngắn

mạch xảy ra trong đối tượng bảo vệ) thì rơle sẽ cho tín hiệu đi tác động

mở máy cắt

b) Đối với đối tượng bảo vệ là phần tử có hơn hai nhánh (như máy

bi ến áp ba cuộn dây, tự ngẫu, thanh góp )

Trong trường hợp này thì đại lượng làm việc là tổng vectơ của các dòng

trong các nhánh riêng biệt, còn đại lượng hãm là tổng số học của các

Tổng quát phương trình khởi động của rơle so lệch có tác động hãm

được viết dưới dạng:

Từ phương trình (3.22), nhận thấy dòng khởi động I t kd ự động thay đổi

khi dòng hãm I hthay đổi Tác động hãm lúc này được biểu diễn bởi hệ

Trong hệ thống so sánh bằng điện cơ, do tính chất bão hòa của lõi thép,

đặc tuyến khởi động nhận được thường có dạng phi tuyến (Hình 3.9b)

Hình 3.9 a) Đặc tính khởi động của rơ le so lệch

có hãm đặc tuyến 1 và không hãm đặc tuyến 2 b) Đặc tính khởi động của rơ le so lệch có tác động hãm

Từ đồ thị hình 3.9a có thể so sánh đặc tính của rơle loại có tác động hãm (đường 1): khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng I gi h ảm xuống, dòng khởi động I gi kd ảm theo và bảo vệ vùng rơle có tác động hãm sẽ

có I kd bé hơn I c kd ủa BV không có tác động hãm, nghĩa là độ nhạy của

nó sẽ cao hơn Độ nhạy của BVSL không có tác động hãm đặc trưng

bằng hệ số k : nh

min

N nh

kd

I k

I

= (3.24)

Đối với các bảo vệ có tác động hãm, hệ số độ nhạy không thể xác định như trên được vì dòng điện khởi động như trên đã nói là một hàm số của dòng điện hãm, còn dòng điện hãm lại phụ thuộc vào dòng ngắn mạch

Vì thế đối với các rơle có tác động hãm, ta dùng phương pháp đồ thị tính toán như trên hình 3.10 để xác định độ nhạy của bảo vệ

Trong đó:

o Đường cong 1 là đặc tuyến khởi động của rơle cho bởi nhà sản xuất