ĐỒ ÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠ LE

Lời nói đầu
Những thành tựu đạt được trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp điện lực,
đặc biệt trong những năm gần đây cho phép thiết kế và xây dựng các hệ thống điện tin
cậy và kinh tế nhằm đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu điện năng ngày càng tăng của
xã hội. Trong sự phát triển đó, các thiết bị và hệ thống bảo vệ đóng một vai trị cực kì
quan trọng nó đảm bảo cho các thiết bị điện chủ yếu như máy phát điện, máy biến áp,
đường dây dẫn điện trên không và cáp ngầm, thanh góp và các động cơ cỡ lớn... và
tồn bộ hệ thống điện làm việc an toàn, phát triển liên tục và bền vững.
Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay. Trong bất kì lĩnh
vực nào như sản xuất, sinh hoạt, an ninh... đều cần sử dụng điện năng. Việc đảm
bảo sản xuất điện năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề
quan trọng hiện nay. Bên cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ
thống điện cũng đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống điện. Do nhu cầu về
điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ
tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn
mạch cũng tăng theo. Chính vì vậy ta cần thiết kế những thiết bị có khả năng giảm
thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra. Một trong những thiết bị phổ
biến để thực hiện chức năng đó là rơle.
Trong khn khổ của đồ án này chỉ tính tốn thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho
Đặt phương thức bảo vệ cho MBA đường dây cung cấp hình tia với các loại bảo vệ
q dịng cắt nhanh, q dịng có thời gian và q dịng thứ tự khơng.
Do là lần đầu tiên làm nhiệm vụ tính tốn sẽ khơng tránh những sai sót do trình
độ cịn hạn hẹp cũng như gấp rút trong thời gian làm đồ án, em rất mong được sự chỉ
bảo, hướng dẫn của thầy giáo.
Em cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của cơ TS. Vũ Thị
Thu Nga đã giúp em hồn thành đồ án này trong thời gian qua.

Hà Nội, ngày 03 tháng 12 năm 2021
Sinh viên thực hiện

Hồ Văn Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………


Lời nói đầu....................................................................................................................1
I. ĐỀ BÀI...................................................................................................................1
II. Yêu cầu:................................................................................................................2
A. PHẦN LÝ THUYẾT...............................................................................................2
Chương I: Chọn máy biến dòng điện.....................................................................2
1. Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơle.....................................................................2
2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle........................................................................3
3. Các loại rơ le thường sử dụng cho MBA và đường dây, nguyên tắc tác
động của các bảo vệ được sử dụng:......................................................................4
4. Nhiệm vụ, sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động
của từng bảo vệ đặt cho đường dây:....................................................................4
5. Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng điện BI1, BI2.............................11
B. NỘI DUNG TÍNH TỐN.....................................................................................12
Chương II: Tính tốn ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le......................................12
2.1. Mục đích của tính tốn.................................................................................12
2.2. Tính tốn ngắn mạch nhằm:........................................................................12
2.3. Chọn vị trí các điểm ngắn mạch..................................................................13
2.3.1. Tính tốn ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch................................17

2.3.2.Tính dịng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại.......................18
2.4. Tính dịng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực tiểu...........................21
Chương III: Sơ đồ phương thức bảo vệ và tính tốn cài đặt rơ le.....................26
3.1. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50):.................................................................26
3.2. Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N):.....................................................27
3.3. Bảo vệ q dịng có thời gian (51):..............................................................27
3.4. Bảo vệ q dịng TTK có thời gian (51N):..................................................32
3.5. Kiểm tra độ nhạy cho BVQD có thời gian (51) và BVQD TTK có thời
gian(50N)..............................................................................................................32
3.6. Xác định phạm vi bảo vệ của BV quá dòng cắt nhanh (50):...................33
3.7. Xác định phạm vi bảo vệ của BV quá dòng cắt nhanh thứ tự không
(50N):....................................................................................................................34


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

I. ĐỀ BÀI
Sơ đồ lưới điện

CÁC SỐ THÔNG SỐ BAN ĐẦU
1. Hệ thống điện:
SNmax = 1000 MVA
SNmin = 0,65 * SNmax = 0,65 * 1000=650 (MVA)
XoH = 0,7 X1HT
2. Máy biến áp B1 và B2:
S = 2 * 10 = 20 MVA
Cấp điện áp: U1/U2 = 115/24 (kV)
Uk%= 10%

3. Đường dây:
D1: L1 = 15 (km
AC: 75
D2: L2 = 10 (km)
AC: 175
AC: 75: Z1 = 0.36 + j0.41 (Ω/km), Z0 = 0.56 + j1.02 (Ω/km).
AC: 175: Z1 = 0.15 + j0.37 (Ω/km), Z0 = 0.35 + j0.97 (Ω/km).
4. Phụ tải
Phụ Tải 1
Phụ Tải 2
P1 = 2 (MW)
P1 = 3 (MW)
cosφ1 = 0,85
cosφ1 = 0,9
tpt1 = 0.5 (s)
tpt1 = 1 (s)
5. Đặc tính thời gian 1 của Rơ le.

SVTH: Hồ Văn Hoàng

1

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

II. Yêu cầu:

1. Đặt phương thức bảo vệ máy biến áp
2. Tính tốn bảo vệ cho đường dây cung cấp điện hình tia.
A. PHẦN LÝ THUYẾT
Chương I: Chọn máy biến dòng điện
1. Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơle.
Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cũng phải kể đến khả
năng phát sinh những sự cố và các tình trạng làm việc khơng bình thường trong hệ
thống đó.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện.
Hậu quả của ngắn mạch là:
- Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện.
- Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện.
- Phá hủy các phần tử có dịng ngắn mạch chạy qua do tác dụng nhiệt và cơ.
- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.
Ngoài các loại sự cố do ngắn mạch, trong hệ thống điện cịn có các tình trạng
làm việc khơng bình thường như chế độ quá tải, Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ
của các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi
và đôi khi bị phá hỏng.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể thực hiện
các biện pháp loại bỏ nhanh phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, loại trừ những tình
trạng làm việc khơng bình thường có kả năng gây hư hại cho thiết bị và hộ dùng điện.
Như vậy: nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động loại bỏ phần tử
gặp sự cố đảm bảo cho hệ thống vẫn làm việc bình thường, Ngồi ra cịn ghi nhận và
phát hiện những tình trạng làm việc khơng bình thường của các phần tự trong hệ

SVTH: Hồ Văn Hoàng

2

Lớp D15LTH1

Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

thống điện, Tùy mức độ mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy
cắt.
2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle.
Để thực hiện các chức năng và nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo vệ phải
thỏa mạn những yệu cầu cơ bản sau:
a/ Tin cậy
Tin cậy là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn, Rơle
không bị tác động sai. Cần phân biệt:
- Độ tin cậy tác động là mức độ chắc chắn của rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác
động đúng.
- Độ tin cậy không tác động là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle
sẽ khơng làm việc sai.
b/ Tính chọn lọc.
Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện còn các
phần tử khác vẫn tiếp tục làm việc gọi là tác động chọn lọc.
c/ Tác động nhanh.
Phần tử bị ngắn mạch càng được cắt nhanh, càng hạn chế mức độ phá hoại các
thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện và càng có khả năng duy
trì ổn định của sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ hệ thống.
d/ Độ nhạy.
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo
vệ.
Đối với bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,5 ÷ 2,0 còn đối
với bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,2 ÷ 1,5.

e/ Tính kinh tế.
SVTH: Hồ Văn Hồng

3

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

Tuỳ thuộc vào thiết bị được bảo vệ và đặc tính bảo vệ mà ta cần phải cân nhắc
tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩ
thuật mà chi phí thấp nhất.
3. Các loại rơ le thường sử dụng cho MBA và đường dây, nguyên tắc tác động
của các bảo vệ được sử dụng:
3.2. Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp
3.2.1. Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của MBA
a) Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm:
-

Chạm đất giữa các vòng dây
Ngắn mạch giữa các cuộn dây
Chạm đât (vỏ) và ngắn mạch chạm đất
Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp
Thùng dầu bị thủng hoặc dò dầu

b) Hư hỏng và chế độ làm việc khơng bình thường bên ngồi máy biến áp
-

Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống
Ngăn mạch một pha trong hệ thống
Qúa tải
Qúa bão hòa mạch từ

3.2.2. Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp
+) Bảo vệ so lệch có hãm
+) Bảo vệ q dịng có thời gian
+) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
+) Bảo vệ q dịng có thời gian thứ tự khơng
+) Bỏa vệ q dịng cắt nhanh thứ tự khơng
+) Role khí
+) Hình ảnh nhiệt
SVTH: Hồ Văn Hoàng

4

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

+) Chống q bão hịa

Vì ta đang thực hiện thiết kế BV cho đường dây nên ta sẽ sử dụng các loại BV sau:
+ Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50)
+ Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N)

+ Bảo vệ q dịng điện có thời gian (51)
+ Bảo vệ q dịng TTK có thời gian (51N)
Ngun tắc tác động của các bảo vệ trên đều có chung 1 ngun tắc đó là bảo vệ
q dịng điện, Bảo vệ sẽ tác động khi có dịng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt
quá một giá trị định trước gọi là dòng điện khởi động của BV (Ikđ)
 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) và quá dòng TTK cắt nhanh (50N):
- 2 loại bảo vệ này làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s)
 Bảo vệ q dịng điện có thời gian (51) và q dịng TTK có thời gian (51N)
- Khi có dịng điện đi qua phần tử được bảo vệ lớn hơn Ikđ thì 2 loại bảo vệ này
sẽ bắt đầu đếm thời gian t sau khi đếm hết thời gian (đã được xác định bằng các
cơng thức có sẵn) mà dịng trên phần tử đó vẫn cịn lớn hơn Ikđ thì bảo vệ sẽ phát
tín hiệu cho máy cắt làm việc
Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N) và q dịng TTK có thời gian (51N) có
đối tượng tác động là dịng TTK khi có sự cố như NM 1 pha chạm đất, NM 2 pha
chạm đất.

SVTH: Hồ Văn Hoàng

5

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

4. Nhiệm vụ, sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động
của từng bảo vệ đặt cho đường dây:
a) Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50):

+ Nhiệm vụ: Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống loại
bỏ dịng sự cố đảm bảo an tồn cho hệ thống và vẫn làm việc bình thường.
+ Nguyên lý làm việc: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn
lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng ngắn điện
mạch lớn nhất đi qua chỗ dặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo.
+ Thơng số khởi động:
Dịng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
Ikđ50 = kat * IN,ng, max
Với: kat: hệ số an toàn, Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3
IN,ng,max: dịng ngắn mạch ngồi cực đại. Thường lấy bằng giá trị dòng ngắn
mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây
+ Vùng tác động: Vùng tác động của bảo vệ khơng bao trùm tồn bộ chiều dài đường
dây được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch, chế độ vận hành của hệ thống,
Phạm vi bảo vệ: Lcn-50max - Lcn-50min
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh: Sơ đồ nguyên lý, phạm vi bảo vệ, chọn Ikđ

b) Bảo vệ quá dòng điện TTK cắt nhanh (50N):
+ Nhiệm vụ: Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống
loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình thường và khơng bị hư hại.
+ Nguyên lý làm việc: tương tự như BV quá dòng cắt nhanh nhưng bảo vệ này
hoạt động dựa trên trị số dòng TTK Io của đường dây được bảo vệ. Khi dòng này
lớn hơn Ikđ của BV thì BV sẽ tác động cắt máy cắt
SVTH: Hồ Văn Hoàng
6
Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

+ Thơng số khởi động:
Dịng điện khởi động của BV:
Ikđ50N = kat *3* I0Nng, max
Với: kat: hệ số an tồn, Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3
I0Nng,max: dịng ngắn mạch TTK ngoài cực đại
+ Vùng tác động: Cũng tương tự như BV quá dòng cắt nhanh nhưng vùng bảo vệ ổn
định hơn khi chế độ vận hành hệ thống thay đổi.
Phạm vi bảo vệ: Lcn-50Nmax - Lcn-50Nmin
c) Bảo vệ q dịng điện có thời gian (51):
+ Nhiệm vụ: Loại bỏ phần tử bị sự cố sau thời gian t (đã đặt) ra khỏi hệ thống nhằm
loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình thường khơng bị gián đoạn.
+ Ngun lý làm việc: Tính chọn lọc của BV dịng điện có thời gian được đảm bảo
bằng nguyên tắc phân cấp chọn thời gian tác động. Bảo vệ càng gần nguồn cung
cấp thời gian tác động càng lớn
+ Thơng số khởi động:
-Dịng điện khởi động của bảo vệ
Ikđ51 = k. Ilvptmax
Với: k: hệ số chỉnh định, Lấy k = 1,6
Ilvptmax: dòng làm việc max
- Thời gian làm việc của bảo vệ: Có 2 loại đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ
q dịng có thời gian: (a) - Đặc tính độc lập
(b)- Đặc tính phụ thuộc

Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính độc lập khơng phụ thuộc vào trị số
dịng điện chạy qua bảo vệ, cịn của bảo vệ đặc tính thời gian phụ thuộc thì tỉ lệ
nghịch với dịng điện chạy qua bảo vệ: dịng càng lớn thì thời gian tác động càng
ngắn.

SVTH: Hồ Văn Hoàng

7

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

(b) - T/h đặc tuyến độc lập; (c) - T/h đặc tuyến phụ thuộc
+ Vùng tác động: Toàn bộ đường dây
d) Bảo vệ q dịng TTK có thời gian (51N):
Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc cũng tương tự như BV q dịng điện có thời gian
nhưng nó làm việc theo dòng TTK của đường dây được bảo vệ.
+ Thơng số khởi động:
- Dịng khởi động của bảo vệ:
Ikđ-51N = k * IddBI
Với: k = 0,3
IdđsBI: dòng sơ cấp định mức BI
- Thời gian làm việc của bảo vệ q dịng TTK có thời gian: được chọn theo từng
cấp. Thời gian làm việc của bảo vệ về phía nguồn cấp hơn bảo vệ phía đường dây
là ∆t
+ Vùng tác động: Toàn bộ đường dây.
e) Bảo vệ so lệch
Nguyên tắc tác động
Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh
trực tiếp biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch giữa hai
SVTH: Hồ Văn Hoàng

8

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

dòng điện vượt quá trị số cho trước (giá trị khởi động) thì bảo vệ sẽ tác động. Là loại
bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối, vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bởi
vị trí của 2 tổ máy biến dịng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nshận tín hiệu
dịng điện để so sánh.
CT1

IP1

IP2

CT2

N2

MC

N1 MC

I

IS1

IS2

R

IS2

IS1

Sơ đồ ngun lí bảo vệ so lệch dòng điện

Dòng điện so lệch chạy qua relay:
Tình trạng làm việc bình thường và ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ
Đồ thị vecto dịng điện khi ngắn mạch ngồi vùng và chế độ bình thường
Trong trường hợp lí tưởng ta có nên và dịng điện đi vào role nên bảo vệ so lệch
dịng điện khơng tác động.
Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ
IT1

IR = IT1-IT2
IT2

SVTH: Hồ Văn Hoàng

9

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

Đồ thị vecto dòng điện khi ngắn mạch trong vùng
Trường hợp có 2 nguồn cung cấp: thì cả về trị số và góc pha, do đó dịng điện thứ cấp
cũng khác nhau và dòng điện đi vào role

Nếu bảo vệ sẽ tác động cắt các máy cắt của phần tuwr được bảo vệ
Trường hợp chỉ có 1 nguồn cung cấp:
Khi đó dịng điện chạy qua role là ,nếu thì bảo vệ sẽ tác động.
Chọn dịng khởi động
Trên thực tế, do sai số máy biến dòng hay do hiện tượng bão hòa mạch từ nên
trong chế độ làm việc bình thường hay khi có ngắn mạch nhồi, dịng điện phía thứ
cấp của hai tổ máy biến dịng BI1 và BI2 sẽ khác nhau: Để bảo vệ so lệch làm việc
đúng ta phải chỉnh định dòng khởi động của bảo vệ lớn hơn dịng khơng cân bằng lớn
nhất khi có ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ. Tức là:

Trong đó: Ikcbttmax = kđn. kkck. fimax. INngmax
Với: kđn: hệ số kể tới sự đồng nhất của các BI, bằng 0 khi các BI cùng loại, và có cùng
đặc tính từ hóa, hồn tồn giống nhau, có dịng ISC như nhau.
kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không.
kkck: hệ số kể đến thành phần khơng chu kỳ của dịng ngắn mạch ngồi.
INngmax: thành phần chu kì của dịng điện ngắn mạch ngồi lớn nhất.
fimax = 0,1: sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định.

SVTH: Hồ Văn Hoàng

10

Lớp D15LTH1

Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

Tuy nhiên để nâng cao độ nhạy của bảo vệ và ngăn chặn tác động nhầm do ảnh hưởng
củ dịng khơng cân bằng do sai số BI do có ngắn mạch ngồi, người ta sử dùng
ngun lí hãm bảo vệ.

CT1

IP1

IP2
N1

MC

CT2
N2 MC

BILV

IS2

IS1

BIH

ILV

R

IH

Ngun lí bảo vệ so lệch có hãm
Dịng điện so lệch xác định:
Dòng điện hãm xác định:
Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ, I lv < Ih nên
role không tác động.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ dịng điện ở 1 đầu sẽ đổi chiều lúc này
Ilv>Ih nên role so lệch sẽ làm việc.
Trường hợp chỉ có 1 nguồn cung cấp thì khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ,
dòng điện sự cố chỉ chạy qua 1 đầu: .Để bảo vệ có thể làm việc trong trường hợp này,
dịng điện làm việc phải chọn lớn hơn dòng điện hãm. Nghĩa là Ilv= kH.IH.
Đối với máy phát điện lớn người ta thường sử dụng bảo vệ khoảng cách làm dự
phòng cho bảo vệ so lệch. Những máy phát điện lớn thường làm việc theo sơ đồ
hợp
SVTH: Hồ Văn Hoàng

11

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

bộ với máy biến áp tăng áp.
XIkđ = XMPĐ + 0,7XB
tI = 0,4 ÷ 0,5s
Vùng thứ II thường bao gồm phần còn lại của cuộn dây máy biến áp, thanh dẫn
và đường dây
truyền tải nối với hệ thống thanh góp liền kề.
Vùng I, được chọn bao gồm điện
kháng của máy phát điện và
khoảng 70% điện kháng của máy
biến áp tăng áp, nghĩa là: trong đó k H: là hệ số hãm và kH<1 thường chọn bằng
0,2 ÷ 0,5.
f) Bảo vệ khoảng cách
Chọn giá trị khởi động và thời gian làm việc của BVKC
Có nhiều vùng tác động, ba vùng cho phía trước và một vùng cho phía sau (theo
hướng tác động từ thanh góp vào đường dây tại nơi đặt rơ le khoảng cách).
Các vùng tác động về phía trước làm nhiệm vụ dự phịng cho nhau và cho bảo vệ
đoạn liền kề.
Ngắn mạch càng gần chỗ đặt bảo vệ càng được loại trừ nhanh. Độ chênh lệch về
thời gian
làm việc giữa các vùng bảo vệ liền kề nhau Δt cũng chọn giống như đối với bảo
vệ quá dịng điện, nghĩa là: Δt = 0,3 ÷ 0,5s

SVTH: Hồ Văn Hoàng

12

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

Vùng thứ nhất của bảo vệ với thời gian làm việc t I = 0 bao trùm khoảng 80 90% chiều dài của đường dây được bảo vệ, nghĩa là tổng trở khởi động Z AI của vùng
thứ nhất của bảo vệ đặt ở đầu A trên đường dây AB được chọn theo biểu thức:
ZIA= kat*ZAB; kat < 1
rơ le điện cơ có thể lấy kat = 0,8,
rơ le số có thể lấy kat = 0,85 hoặc 0,9
5. Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng điện BI1, BI2
Tỷ số biến đổi của các máy biến dịng được chọn theo cơng thức:
Chọn Itdd = 5 A
Dịng Isdd được chọn theo công thức
Isdd ≥ Ilvmax = kqt*Ipt
Trong đó kqt = 1,4
a, Chọn tỷ số biến của BI2:
Dịng điện làm việc phụ tải 2:
=> Ilvmax2 = 1,4 * 80,28 = 112,39 (A)
ta chọn Isdd =150 (A)
Vậy tỉ số biến của BI2 là: nBI2 = 150/5
b, Chọn tỷ số biến của BI1
Dòng làm việc phụ tải 1:
Vậy Ilvmax1 = 1,4 *133,8= 187,3 (A)
Ta chọn Isdd1 = 200 (A)
Vậy tỷ số biến của BI1 là: nBI1 = 200/5
B. NỘI DUNG TÍNH TỐN
Chương II: Tính tốn ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
2.1. Mục đích của tính tốn.
 Ngắn mạch: là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm
chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường.
SVTH: Hồ Văn Hồng

13

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

- Trong hệ thống có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chấp một pha hay nhiều pha
với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn mạch.
- Trong hệ thống có trung tính cách điện hay nối đất qua thiết bị bù, hiện tượng
chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất.
- Dòng chạm đất chủ yếu là do điện dung các pha với đất.
2.2. Tính tốn ngắn mạch nhằm:
Khi thiết kế và vận hành các hệ thống điện, nhằm giải quyết nhiều vấn đề
kỹ thuật yêu cầu tiến hành hàng loạt các tính tốn sơ bộ, trong đó có tính tốn
ngắn mạch.
Tính tốn ngắn mạch thường là những tính tốn dịng, áp lúc xảy ra ngắn
mạch tại một số điểm hay một số nhánh của sơ đổ đang xét. Tùy thuộc mục
đích tính tốn mà các đại lượng trên có thể được tính ở một thời điểm nào đó
hay diễn biến của chúng trong suốt cả quá trình quá độ. Những tính tốn như
vậy cần thiết để giải quyết các vấn đề sau:
- So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện.
- Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện.
- Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ.
- Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dịng…
Trong hệ thống điện phức tạp, việc tính tốn ngắn mạch một cách chính
xác rất khó khăn. Do vậy tùy thuộc u cầu tính tốn mà trong thực tế thường

dùng các phương pháp thực nghiệm, gần đúng với các điều kiện đầu khác nhau
để tính tốn ngắn mạch.
Chẳng hạn để tỉnh chọn máy cắt điện, theo điều kiện làm việc của nó khi
ngắn mạch cần phải xác định dịng ngắn mạch lớn nhất có thể có. Muốn vây,
người ta giá thiết rằng ngắn mạch xảy ra lúc hệ thống điện có số hượng máy
phát làm việc nhiều nhất, dạng ngắn mạch gây nên dòng lớn nhất, ngắn mạch là
trực tiếp, ngắn mạch xảy ra ngay tại đầu cực máy cắt.
Để giải quyết các vấn đề liện quan đến viêc chọn lựa và chỉnh định thiết
bị bảo vệ role thường phải tìm dịng ngắn mạch nhỏ nhất. Lúc ấy tất nhiên cần
phải sử dụng những điều kiện tính tốn hoàn toàn khác với những điều kiện nêu
trên.

SVTH: Hồ Văn Hoàng

14

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

2.3. Chọn vị trí các điểm ngắn mạch

A/Tính tốn thơng số:
Chọn hệ đơn vị tương đối cơ bản:
Chọn Scb = SdmB = 10 MVA
Ucb = Utb ( 115 kV; 24 kV )
Dòng điện cơ bản

B/ Hệ thống điện:
1, Chế độ phụ tải cực đại:
Ta có: SN = SNmax = 1000 MVA
+ Hai máy biến áp làm việc song song
Điện kháng hệ thống:

X2 HT* = X1 HT * = 0.01
X0HT* =0,7 * 0.01 = 0.007
2, Chế độ phụ tải cực tiểu:
Ta có: SNmin = 0.65 * SNmax = 650MVA
+ Một máy biến áp làm việc
Điện kháng hệ thống:
X2 HT* = X1 HT * = 0.015
SVTH: Hồ Văn Hoàng

15

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

X0HT* =0.7 * 0.015= 0.021
C/ Giá trị các điện kháng của lưới:

1. Máy biến áp

= 0.1

2, Đường dây D1:

Đường dây D2

 Chọn vị trí các điểm tính ngắn mạch
Ta chia mỗi đoạn đường dây thành 4 đoạn bằng nhau, Ta cần tính dịng ngắn mạch
tại 9 điểm như hình vẽ sau:

 Đoạn đường dây D1:
Giá trị X1Nk∑ và X0Nk∑ được tính như sau:
+ Ngắn mạch tại N1:
SVTH: Hồ Văn Hoàng

16

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

X1N1∑ = XHT + 0,5 * XB = 0.01 + 0.5 * 0.1 = 0.06, Với XHT = 0.01
X0N1 = X0HT + 0,5 * XB = 0.007 + 0.5 *0.1 = 0.57, Với X0HT = 0.007
+ Ngắn mạch từ N2 đến N9:
Ngắn mạch từ N2 đến N5
XN2 = XN1 +1/4 Xd1
X0N2 =X 0N1 +1/4 X0d1
Tổng quát:
XNi+1 = XNi + ¼ Xd1

X0Ni+1 = X0Ni + ¼ X0d1
Với Xd1 =
X0d1 = 0.266
 Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D2 (Từ N6 đến N9)
Tại N6:
XN6 = XN5 +1/4 Xd2
X0N6 =X 0N5 +1/4 X0d5
Tương tự cho các điểm ngắn mạch từ N6 đến N9
XNi+1 = XNi + ¼ Xd2
X0Ni+1 = X0Ni + ¼ X0d2
Với Xd2 = 0.064
X0d2 = 0.168
Với: điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự khơng.

Ta có bảng số liệu tính tốn như sau:
Điể
m
N1
N2
N3
NM
X∑

N4

N5

N6

N7

N8

N9

X1Nk∑

0.060 0.087 0.113 0.140 0.167 0.183 0.199 0.215 0.231

X2Nk∑

0.060 0.087 0.113 0.140 0.167 0.183 0.199 0.215 0.231

X0Nk∑

0.057 0.123 0.189 0.255 0.321 0.363 0.405 0.447 0.489

X∆(1)

0.117 0.210 0.302 0.395 0.488 0.546 0.604 0.662 0.720

SVTH: Hồ Văn Hoàng

17

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le
X∆(1,1)

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

0.029 0.051 0.071 0.090 0.110 0.122 0.133 0.145 0.157

X

Tính tốn ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch
Tính trong chế độ cực đại
Sơ đồ thay thế và thông số của các phần tử được cho trên sơ đồ sau đây

2.3.1. Tính tốn ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch
Để tính tốn chế độ ngắn mạch khơng đối xứng ta sử dụng phương pháp các
thành phần đối xứng, Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:
thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự khơng,
Dịng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều có tính theo
cơng thức:
Trong đó X(m)∆k là điện kháng phụ của loại ngắn mạch m
Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha có thể tính theo cơng thức:
Ta có bảng tóm tắt sau:
Dạng ngắn
mạch

Kí hiệu

X∆(m))

NM 3 pha

N(3)

0

NM 2 pha

N(2)

X2∑

NM 2 pha chạm
đất
NM 1 pha chạm
đất

K(m)
1

N(1,1)
X2  X0

N(1)

3

Sơ đồ thay thế tổng quát:
SVTH: Hồ Văn Hoàng

18

Lớp D15LTH1

Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

Ta có sơ đồ TTT, TTN, TTK là.
XHt
EHt

XB

XHt

XB

XHt

N1

XB

N1

N1

2.3.2.Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại.
1.Tính ngắn mạch tại điểm N1
a, Ngắn mạch 3 pha N(3) : ta có K(3) = 1
+ Dịng điện ngắn mạch thứ tự thuận:

Trong hệ đơn vị tương đối:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Trong hệ đơn vị có tên
b, Ngắn mạch 1 pha N(1): ta có K(1) = 3
+Dịng điện ngắn mạch thứ tự thuận:
Dịng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
+Dịng điện ngắn mạch thứ tự khơng:
I*0N1(1) = I*N1(1) = 5.65
Trong hệ đơn vị có tên:
c, Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1): ta có K(1,1)
+ Dịng điện ngắn mạch thứ tự thuận:
+K(1,1) tính theo cơng thức:

Trong hệ đơn vị tương đối:
SVTH: Hồ Văn Hồng

19

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Trong hệ đơn vị có tên
+Dịng điện ngắn mạch thứ tự khơng:

Trong hệ đơn vị có tên:
2.Các điểm NM từ N2 đến N9:
Tính tốn tương tự như điểm N1
Ta có bảng kết quả tính tốn NM ở chế độ MAX như sau:
Điể
m
N1
N2
N3
N4
N5
N6
NM
X∑
0.06 0.08
0.14 0.16 0.18
X1Nk∑
0.113
0
7
0
7
3
0.06 0.08
0.14 0.16 0.18
X2Nk∑
0.113
0
7
0

7
3
0.05 0.12 0.18 0.25 0.32 0.36
X0Nk∑
7
3
9
5
1
3
0.21 0.30 0.39 0.48 0.54
X∆(1)
0.117
0
2
5
8
6
0.02 0.05 0.07 0.09
0.12
X∆(1,1)
0.110
9
1
1
0
2
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
K(3)
0

0
0
0
0
0
1.73 1.73 1.73 1.73 1.73 1.73
K(2)
0
0
0
0
0
0
3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
K(1)
0
0
0
0
0
0
1.49 1.50 1.51 1.51 1.52 1.52
K(1,1)
8
6
4
9
3
5
SVTH: Hồ Văn Hoàng

20

N7

N8

N9

0.19
9
0.19
9
0.40
5
0.60
4
0.13
3
1.00
0
1.73
0
3.00
0
1.52
7

0.21
5

0.21
5
0.44
7
0.66
2
0.14
5
1.00
0
1.73
0
3.00
0
1.52
9

0.23
1
0.23
1
0.48
9
0.72
0
0.15
7
1.00
0
1.73

0
3.00
0
1.53
0

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le
Điể
m
NM

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

4.00
9
3.46
8
4.07
7
1.35
9
4.04
0
1.38
3

2.77
5
2.40
0
2.43
5
0.81
2
2.63
3
0.72
3

2.12
1
1.83
5
1.73
6
0.57
9
1.97
6
0.49
0

1.71
7
1.48
5
1.34
8
0.44
9
1.58
5
0.37
0

1.44
2
1.24
8

1.10
2
0.36
7
1.32
5
0.29
7

1.31
6
1.13
8
0.99
1
0.33
0
1.20
5
0.26
5

1.21
0
1.04
7
0.89
9
0.30
0

1.10
6
0.23
8

1.12
0
0.96
9
0.82
3
0.27
4
1.02
2
0.21
7

1.04
2
0.90
2
0.75
9
0.25
3
0.95
0
0.19
9

X∑
INk(3) (kA)
INk(2) (kA)
Ipha
(1)

INk (kA)
I0
Ipha
INk

(1,1)

(kA)
I0

X
X

Đồ thị quan hệ giữa dòng INmax; 3xI0max và chiều dài đường dây:

SVTH: Hồ Văn Hoàng

21

Lớp D15LTH1


Đồ Án Môn Học Bảo Vệ Rơ Le

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

đ ồ thị q ua n hệ g iữ a Inma x , 3 i0 ma x v à c hiề u d à i đ ư ờ ng d â y
4.500
4.148
4.000

Inmax

4.077

3*I0max(kA)

3.500
3.000
2.435

2.500
2.000

2.169
1.736

1.500

1.469
1.110

1.000

1.348 1.102
0.892

0.991
0.794

N5

N6

0.899
0.715

0.823
0.651

0.759
0.597

N7

N8

N9

0.500
0.000
N1

N2

N3

N4

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

4.077

2.43
5

1.73
6

1.34
8

1.10
2

0.99
1

0.89
9

0.823 0.759

4.148

2.16
9

1.46
9

1.110

0.89
2

0.79
4

0.71
5

0.651 0.597

Bảng tổng kết:
C/Đ max
INmax (kA)
3*I0max(kA)

N8

N9

2.4. Tính dịng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực tiểu.
- Tính ngắn mạch ở chế độ MIN:
+ Tính các dạng NM: N(2) N(1)
+ Chỉ 1MBA làm việc
SVTH: Hồ Văn Hoàng

22

N(1,1)
Lớp D15LTH1

L (km)