Đồ Án bảo Vệ Role

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
BẢO VỆ RƠ LE
Sinh viên thực hiện: TRẦN QUỐC TÚ
Mã sinh viên: 19810110023
Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Thị Anh Thơ
Lớp: CLC.D14H
Khoá: 2019 - 2023

Hà Nội, tháng 4 năm 2022

1


ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM

TT

Nội dung

1

Nội dung: Các tính tốn
trong báo cáo chính xác, hợp
lý, đầy đủ nội dung đề bài

2

Hình thức: Báo cáo trình bày
sạch, đẹp, ít lỗi

3

Trả lời câu hỏi

4

Thái độ, tác phong (cách trả
lời các câu hỏi rõ ràng, trực
tiếp vào nội dung câu hỏi, có
sức thuyết phục)

Ý kiến nhận xét

Các ý kiến khác:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Hà Nội, ngày . . . tháng . . . năm . . .
Giảng viên chấm 1

Giảng viên chấm 2

2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

3


Hình 2.1.3: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp
Hình 2.2.3: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây
Hình 3.1: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ q dịng trong
lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập
Hình 3.2.: Sơ đồ ngun lí bảo vệ so lệch dịng điện
Hình 3.2.1: Đồ thị vecto dịng điện khi ngắn mạch ngồi vùng và chế độ bình
thường
Hình 3.2.3: Đồ thị vecto dịng điện khi ngắn mạch trong vùng
Hình 3.2.4: Ngun lí bảo vệ so lệch có hãm
Hình 1.1: Sơ đồ thể hiện vị trí các biến dịng cho bảo vệ
Hình 2.1 Sơ đồ điện thay thế thứ tự thuận
Hình 2.2 Sơ đồ điện thay thế thứ tự nghịch
Hình 2.3 Sơ đồ thay thế thứ tự khơng
Hình 2.4 Sơ đồ điện thay thế thứ tự khơng
Hình 2.3.1 Đồ thị dịng ngắn mạch cực đại
Hình 2.3.1 Đồ thị dịng ngắn mạch cực đại
Hình 2.5.1 Đồ thị Biên độ dòng ngắn mạch theo chiều dài đường dây.
Hình 3.1 Đồ thị Thời gian tác động của bảo vệ trên đường dây D1
Hình 3.2 Đồ thị Thời gian tác động của bảo vệ trên đường dây D2.
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.3 Tính dịng ngắn mạch cực đại
Bảng 2.1 Tính dịng ngắn mạch cực tiểu
Bảng 5.1 Thời gian tác động trên đường dây D1 và D2

4


LỜI MỞ ĐẦU
Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay. Trong bất kỳ 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 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 phải tăng cường các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngăn
chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra.
Đồ án môn học Bảo vệ Rơ le giúp cho sinh viên củng cố được các kiến thức cơ
bản về bảo vệ rơ le. Từ đó sinh viên sẽ có đánh giá đúng đắn về từng loại bảo vệ.
Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy
cơ bộ mơn, đặc biệt là cô giáo TS. Vũ Thị Anh Thơ. Dù đã cố gắng nhưng do kiến
thức của em còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy cịn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi
những sai sót. Em mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cơ để
bản đồ án cũng như kiến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là cô giáo TS.Vũ Thị Anh Thơ đã
giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.
Hà Nội, tháng 04 năm 2022
Sinh viên
thực hiện

Trần Quốc Tú

A.Phần Lý Thuyết

5


CHƯƠNG I : NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠ LE
1. Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle:
Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt
những phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư
hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai
hại của sự cố. Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống nào cần phải kể đến khả
năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc khơng bình thường trong hệ thống
điện ấy. Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với phần tử trong hệ thống điện:
- Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ
lụt.
- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi.
- Do các tai nạn ngẫu nhiên.
- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện.
Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thể ngăn chặn và
hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố, trong đó phần lớn là dạng ngắn mạch:
- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn
đến điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm phá huỷ các
phần tử bị ngắn mạch và các phần tử lân cận.
- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để lâu có thể đốt cháy thiết bị và gây hoả
hoạn.
- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm
thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện.
- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện.
Hậu quả của ngắn mạch là:
- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện.

- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện.
- Phá huỷ các phần tử có dịng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ.
- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện.

6


Ngồi các loại hư hỏng, trong hệ thống điện cịn có các tình trạng làm việc
khơng bình thường. Một trong những tình trạng làm việc khơng bình thường đó là quá
tải. Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm
cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá huỷ.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng, ta có thể thực hiện
các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ những
tình trạng làm việc khơng bình thường có khả năng gây nguy hiểm cho
thiết bị và hộ dùng điện.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống
điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất,
phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện. Thiết
bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện tại là các Rơle.
Ngày nay, khái niệm Rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị hoặc một nhóm
chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra
đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như toàn hệ thống điện. Thiết bị
bảo vệ được thực hiện nhờ những Rơle được gọi là thiết bị bảo vệ Rơle.
Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần tử hư
hỏng ra khỏi hệ thống điện. Ngồi ra thiết bị bảo vệ Rơle cịn ghi nhận và phát hiện
những tình trạng làm việc khơng bình thường của các phần tử trong hệ thống điện, tuỳ
mức độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt. Những
thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình trạng làm việc khơng bình thường thường thực
hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (khơng cần phải có tính tác động
nhanh như ở các thiết bị bảo vệ Rơle chống hư hỏng).

2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle
Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng như trên ,các thiết bị
bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây : độ tin cậy, chọn lọc, tác động
nhanh, độ nhạy và kinh tế.
a.Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ làm đúng chắc
chắn.người ta phân biệt:

7


- Độ tin cậy khi tác động : (dependability) mức độ chắc chắn rằng Rơle
hoặc hệ thống Rơle sẽ tác động đúng . [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện và
điện tử].
- Độ tin cậy không tác động : (security) mức độ chắc chắn rằng Rơle hoặc
hệ thống Rơle sẽ không làm việc sai. [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện và
điện tử].
Nói cách khác độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi
có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ ,cịn độ tin cậy
khơng tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc
sự cố xảy ra ngoại phạm vi bảo vệ đã được quy định.
Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể kiểm tra tương đối dễ dàng bằng cách
tính tốn hoặc thực nghiệm,cịn độ tin cậy khơng tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp
những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của
bảo vệ không thể lường trước hết được.
Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng các Rơle và hệ thống Rơle có kết cấu
đơn giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng cũng như tăng cường mức
dự phòng trong hệ thống bảo vệ. Số liệu thống kê về vận hành cho thấy, hệ thống bảo
vệ trong các hệ thống điện hiện đại xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%.
b.Tính chọn lọc: là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử
bị sự cố ra khỏi hệ thống .cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp việc đảm bảo tính

chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.
Theo nguyên lý làm việc,các bảo vệ được phân ra : bảo vệ có độ chọn lọc
tuyệt đối và bảo vệ có độ chọn lọc tương đối.
-

Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối : là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra
trong phạm vi hồn tồn xác định , khơng làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ
đặt ở các phần tử lân cận.

-

Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối : ngồi nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng
được bảo vệ cịn có thể thực hiện chức năng dự phịng cho bảo vệ đặt ở các
phần tử lân cận.
Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương

đối,phải có sự phối hợp giữa các đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong
8


toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế tới mức
thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện
c.Tác động nhanh:
Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy
nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải
sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền.
Rơle bảo vệ được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá
50ms (2,5 chu kỳ của dịng cơng nghiệp 50Hz). Rơle bảo vệ được gọi là tác động tức
thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian)trong tác động của rơle. Thông
thường hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời dùng thay thế lẫn nhau để

chỉ các Rơle bảo vệ có thời gian tác động khơng q 50ms.
Ngồi tác động của Rơle hay bảo vệ ,việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ
thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện.các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại có
thời gian thao tác từ 20÷60ms (từ 1÷3 chu kỳ 50Hz) những máy cắt thơng thường
cũng có thời gian thao tác khơng q 5 chu kỳ(khoảng 100ms ở 50Hz).
Như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian làm việc của bảo vệ cộng với thời
gian thao tác máycắt) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ (khoảng 40÷160ms ở 50Hz)đối với
bảo vệ tác động nhanh.
Đối với lưới điện phân phối thường sử dụng các bảo vệ có độ chọn lọc tương
đối và phải phối hợp thời gian tác động giữa các bảo vệ.Bảo vệ chính thơng thường có
thời gian khoảng 0,2÷1,5sec , bảo vệ dự phịng khoảng 1,5÷2sec.
d.Độ nhạy:
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo
vệ,nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy ,tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt
vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó.Sự sai khác giữa trị số của đại lượng
vật lý đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn ,rơle càng dễ cảm nhận sự
xuất hiện của sự cố hay rơle tác động càng nhạy.
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố,trong đó quan trọng
nhất phải kể đến : Chế độ làm việc của hệ thống (mức độ huy động nguồn),cấu hình
lưới điện ,dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch ,nguyên lý làm việc của rơle,đặc
tính của q trình q độ trong hệ thống điện v.v…
9


Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác
nhau.các bảo vệ chính thường u cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5÷2, cịn
bảo vệ dự phịng từ 1,2÷1,5.
e.Tính kinh tế :
Các thiết bị bảo vệ được thiết kế và lắp đặt trong hệ thống điện,khác với các
máy móc và thiết bị khác ,không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận

hành bình thường. Nhiệm vụ của chúng là phải ln ln sẵn sàng chờ đón những bất
thường và sự cố có thể xảy ra bất cứ lúc nào và có những tác động chuẩn xác. Đối với
các tràn thiết bị cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ
thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, vì vậy thơng thường giá cả
thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà
cung cấp cho thiết bị bảo vệ. Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trên đóng vai trị quyết định,
vì nếu khơng thỏa mãn các u cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ
thống điện.
Đối với lưới trung,hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu
cầu bảo vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị cần bảo vệ ở các nhà máy điện
lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính kinh tế
trong chọn thiết bị bảo vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí
thấp nhất.

10


CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP
2.1 Xây dựng phương thức bảo vệ cho máy biến áp
2.1.1 Các sự cố với máy biến áp
a) Sự cố trong MBA
-

Sự cố bên trong được chia làm hai nhóm sự cố trực tiếp và sự cố gián tiếp.
Sự cố trực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, hư hỏng cách điện làm thay đổi
đột ngột các thông số điện.
Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố trực tiếp nếu không
phát hiện và xử lý kịp thời (như quá nhiệt bên trong MBA, áp suất dầu tăng
cao...).
Vì vậy yêu cầu bảo vệ sự cố trực tiếp phải nhanh chóng cách ly MBA bị sự

cố ra khỏi hệ thống điện để giảm ảnh hưởng đến hệ thống. Sự cố gián tiếp
khơng địi hỏi phải cách ly MBA nhưng phải được phát hiện, có tín hiệu báo
cho nhân viên vận hành biết để xử lý.

b) Sự cố bên ngồi máy biến áp
- Dịng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải.
- Mức dầu bị hạ thấp do nhiệt độ khơng khí xung quanh MBA giảm đột ngột.
- Quá điện áp khi ngắn mạch một pha trong hệ thống điện...
Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm: Chạm chập giữa các vòng dây Ngắn
mạch giữa các cuộn dây Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất Hỏng bộ chuyển đổi
đầu phân áp Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu Những hư hỏng và chế độ làm việc
khơng bình thường bên ngồi máy biến áp bao gồm: Ngắn mạch nhiều pha trong hệ
thống Ngắn mạch một pha trong hệ thống Quá tải Quá bão hoà mạch từ
2.1.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp
 Các bảo vệ chính MBA gồm:
1. Bảo vệ so lệch (87T)
2. Rơ le khí Buchholz (96)
 Các bảo vệ dự phòng MBA gồm:
1. Quá dòng TTK (51N)
2. Q dịng có thời gian (51)
3. Q tải dịng điện (49)
4. Rơ le nhiệt (49)

11


Hình 2.1.3: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp
2.2 Xây dựng phương thức bảo vệ cho đường dây

2.2.1 Các sự cố với đường dây

Những sự cố thường gặp đối với đường dây tải điện:
- Ngắn mạch (Nhiều pha hoặc một pha),
- Chạm đất một pha
- Quá điện áp (khí quyển hoặc thao tác)
- Đứt dây và quá tải.
2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây trung áp 22kV
Các phương thức bảo vệ cho đường dây:
(1): Bảo vệ q dịng có thời gian - 51
(2) Bảo vệ q dịng thứ tự khơng-51N
(3) Bảo vệ q dịng cắt nhanh có thời gian - 50
(4) Bảo vệ quá dịng thứ tự khơng cắt nhanh – 50N

12


~
X

I>, t

1
2

I>>

3
4

Hình 2.2.3: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây

13


CHƯƠNG III : CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE
3.1. Bảo vệ quá dòng điện

Quá dòng điện là hiện tượng khi dòng điện chạy qua phần tử của hệ thống điện
vượt quá trị số dòng điện tải lâu dài cho phép. Q dịng điện có thể xảy ra khi ngắn
mạch hoặc do quá tải.
Bảo vệ quá dòng điện là bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo
vệ vượt quá một giá trị định trước (tức là giá trị cài đặt).
Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia 2
loại:
- Bảo vệ dịng điện cực đại: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn thời
gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian
tác động càng lớn.
- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn
dịng khởi động theo giá trị dịng ngắn mạch ngồi lớn nhất.
2.1.1 Q dịng có thời gian: 51 – 51N
Bảo vệ q dịng có thời gian thường là loại bảo vệ chính đối với mạng một
nguồn cung cấp. Bảo vệ được đặt ở đầu mỗi đoạn đường dây (về phía nguồn), bảo vệ
càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn.
a. Dịng khởi động: tính theo dịng làm việc cực đại Ikđ > Ilvmax = kqt.Ilv
Theo nguyên tắc tác động của bảo vệ I max phải chọn lớn hơn dòng phụ tải cực
đại qua chỗ đặt bảo vệ. Trong thực tế dòng điện khởi động của bảo vệ còn phụ thuộc
vào nhiều điều kiện khác.
I kd =

Dòng khởi động của bảo vệ:

k at .k mm
.Ilvmax
k tv

Trong đó: kat - hệ số an toàn, để đảm bảo cho bảo vệ khơng cắt nhầm khi có ngắn
mạch ngồi do sai số khi tính dịng ngắn mạch (kat = 1,1 ÷ 1,2).

14


kmm - hệ số tự mở máy của các động cơ, có trị số phụ thuộc vào loại động
cơ, vị trí giữa chỗ đặt bảo vệ với các động cơ, sơ đồ mạng điện (kmm = 2 ÷ 3).
ktv - hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, để đảm bảo sự làm việc
ổn định của bảo về khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của các động cơ
sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không tác động (k tv = 0,85 ÷
0,95).
Ikđ - dịng khởi động
Ilvmax - dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định trong
chế độ cực đại của hệ thống.
Dòng điện làm việc phía sơ cấp:
I kds =

kat .k mm
.I l v max
ktv

Trong một số trường hợp thì dịng điện vào Rơle khác với dòng vào thứ cấp của
BI
I kdt

k at .k mm .k[sd3]
=
.Ilvmax
n i .k tv

Trong đó: ni - tỉ số biến của BI
ksd[ ]
3

- hế số sơ đồ đấu dây giữa BI và Rơle

b.Thời gian tác động


Bảo vệ q dịng có đặc tính thời gian độc lập:

- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng
cấp. Bảo vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ I KĐ trong trường hợp này được xác định
bởi:
I kdRL =

kat .kmm
×I lv max
ktv .ni

Trong đó:
15

Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất.
kat: hệ số an tồn để đảm bảo cho bảo vệ khơng cắt nhầm khi có ngắn
mạch ngồi do sai số khi tính dịng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI
và 20% do tổng trở nguồn bị biến động).
kmm: hệ số mở máy, có thể lấy Kmm= (1.5 ÷ 2,5).
ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dịng, có thể lấy trong khoảng
(0,85 ÷ 0,95). Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv ở đây xuất phát từ yêu cầu đảm bảo sự
làm việc ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của
các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không được tác
động.
Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:
Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo
vệ rơle hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn
thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian
tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó ( tính từ phía phụ tải về nguồn).

tn = t( n −1) max + ∆t
Trong đó:
tn

: thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.

t(n-1)max: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng
trước nó (thứ n).
Δt


: bậc chọn lọc về thời gian.

Bảo vệ q dịng với đặc tính thời gian phụ thuộc :

Bảo vệ q dịng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó thực
hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được tính tác
động nhanh của bảo vệ. Một trong những phương pháp khắc phục là người ta sử dụng
bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. Hiện nay các phương thức tính
tốn chỉnh định rơle q dịng số với đặc tính thời gian phụ thuộc do đa dạng về chủng
16


loại và tiêu chuẩn nên trên thực tế vẫn chưa được thống nhất về mặt lý thuyết điều này
gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm định các giá trị đặt.

t1

∆tt6

t2

∆t t3

∆tt 4

Hình 3.1: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ q dịng trong
lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập
Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các đường
dây có dịng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Trong trường hợp
này nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi khơng đảm bảo các điều kiện kỹ
thuật: thời gian cắt sự cố, ổn định của hệ thống... Hiện nay người ta có xu hướng áp
dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc như một bảo vệ
thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập.

Thời gian bảo vệ được chọn theo công thức:

Vùng tác động:

17


vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian là tồn bộ phần đường
dây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự
phịng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian là Δt.
Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại được đặc trưng bằng hệ số K n:
K nh =

I Nmm
I kd

Hệ số độ nhạy là tỷ số dịng qua bảo vệ khi có ngắn mạch trực tiếp ở cuối cùng
của bảo vệ với dịng điện khởi động nó.
u cầu về độ nhạy là: - Đối với bảo vệ chính thì Kn ≥ 1,5
- Đối với bảo vệ dự phịng thì K n ≥ 1,2
- Vùng tác động:
Vùng tác động của Rơle bảo vệ q dịng có thời gian là tồn bộ phần đường
dây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự
phịng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn một cấp thời gian Δt
c. Độ nhạy : tính theo dịng khởi động
kN =

I N min
I kd

Trong đó : INmin : dịng ngắn mạch min
Ikd : dòng khởi động
d.Đánh giá
- Bảo vệ đơn giản, chắc chắn, có độ tin cậy cao
- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian theo nguyên tắc bậc thang
vì thế thời gian tác dộng đầu nguồn lớn. Có thể khắc phục điều này bằng đặc tính thời
gian phụ thuộc. Tuy nhiên tính tốn sẽ phức tạp hơn.
- Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do dòng khởi động tính theo dịng làm việc
max ( có xét đến hệ số mở máy).
e.Phạm vi áp dụng
- Chỉ áp dụng cho lưới hình tia có một nguồn cung cấp.
- Dùng làm bảo vệ chính cho đường dây trung áp.

18


- Dùng làm bảo vệ dự phòng cho các đường dây truyền tải, máy phát điện,
máy biến áp.
2.1.2 Quá dòng cắt nhanh 50/50N
Đối với bảo vệ q dịng thơng thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch
càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy hiểm càng
cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong trường
hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50).
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách
chọn lọc dịng điện khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ
khi có ngắn mạch ở ngồi phần tử được bảo vệ (cuối cùng bảo vệ của phần tử được
bảo vệ), bảo vệ dòng cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian rất bé.
Bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kỳ
với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự
cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm

được hồn tồn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn nhất của bảo vệ
này.
Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được
chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch ba pha trực
tiếp) đi qua chỗ đặt Rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ.
Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp thì giá trị dịng điện khởi động
của bảo vệ cắt nhanh đặt tại thanh góp A là:
I kd = k at .I N ngmax

Trong đó: kat - hệ số an tồn, tính đến ảnh hưởng của sai số do tính ngắn mạch, do
cấu tạo của Rơle, thành phần khơng chu kỳ trong dịng ngắn mạch và của biến dịng.
Với Rơle cơ thì kat = 1,2 ÷ 1,3 cịn với Rơle số thì kat = 1,15.
INngmax - dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch
ngoài vùng bảo vệ. Ở đây là dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp tại thanh góp B.
Ưu điểm: Làm việc 0 giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.
Nhược điểm: Chỉ bảo vệ được một phần đường dây 70 - 80%
19


Phạm vi bảo vệ không cố định phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch và chế độ
làm việc hệ thống. Chính vì vậy bảo vệ q dịng cắt nhanh khơng thể là bảo vệ
chính của một phần tử nào đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác.

3.2 Bảo vệ so lệch/ so lệch có hãm (87T)

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 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 dòng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dịng
điện để so sánh.

CT1

IP1

IP2

CT2

N2

MC

N1 MC

I

IS1

R

IS2
IS2

IS1

Hình 3.2.: Sơ đồ ngun lí bảo vệ so lệch dịng điện

Dịng điện so lệch chạy qua relay:
Tình trạng làm việc bình thường và ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ

20


IT1

IT2

I =0
R

Hình 3.2.1: 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

Hình 3.2.3: Đồ thị vecto dịng 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 dịng 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 dòng 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 dòng BI1 và BI2 sẽ khác nhau: Để bảo vệ so lệch làm việc
21

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 không 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.

Hình 3.2.4: Ngun lí bảo vệ so lệch có hãm
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.
Dòng điện so lệch xác định:
Dòng điện hãm xác định:
Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, I lv < Ih nên
role khơng tác động.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện ở 1 đầu sẽ đổi chiều lúc này
Ilv>Ih nên role so lệch sẽ làm việc.
22


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,
dòng điện làm việc phải chọn lớn hơn dòng điện hãm.Nghĩa là Ilv = kH.IH.
Trong đó kH: là hệ số hãm và kH <1 thường chọn bằng 0,2 ÷ 0,5.

3.3 Rơ le khí Buchholz

Những hư hỏng bên trong thùng của máy biển áp có cuộn dây ngâm trong dâu.
đền làm cho dâu bốc hơi và chuyển động Role khi thường đặt trên đoạn ống nối từ
thùng dần đến bình đăn dẫu của mây biến áp.Ở chế độ làm việc bình thường trong
Đỉnh role đẩy đâu các phao nỗi lơ lửng trong dầu tiếp điểm của role ở trạng thái hở
Khơng khí bốc ra yếu khí tập trung lên phía tiền của binh Role đẩy phao số 1 xuống.
Role gửi tín hiệu cấp 1 cánh báo .Nếu khí bốc ra mạnh luồng dầu vận chuyển từ thùng
lên bình dân đâu xơ phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiện đi cắt máy biến áp. Role khí
cịn có thể tác động khi mức dẫu trong bình hạ thấp do dầu bị rò hoặc thùng biển áp bị
thủng. Đề role khí được làm việc dẽ dàng người ta tạo 1 độ nghiêng nhất định của ống
dẫn so với mặt phẳng ngang. Role khí làm việc khá tin cậy chống tất cả các loại sự cố
trong thùng dầu. Đôi với máy biển áp lớn bộ điền chỉnh dưới tải thường được đặt
trong thùng dâu riêng và người ta đùng một bộ role khí riêng để bảo vệ cho bộ điều áp
dưới tải
3.4 Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt có bộ phận chủ yếu là phần tử lưỡng kim 1 gồm hai thanh kim loại có
hệ số dãn nở dài ,khác nhau rất nhiều, được gắn chặt với nhau theo bề mặt tiếp xúc.
Một đầu phần tử lưỡng kim bị giữ chặt. Khi dịng điện qua bộ phận đốt nóng 2 vượt
quá giới hạn chỉnh định, phần tử lưỡng kim bị đốt nóng và do dãn nở khơng đều nên
bị uốn cong về phía thanh kim loại b có hệ số dãn nở dài bé hơn, giải phóng chốt giữ
cần 3. Dưới tác dụng của lò xo 4, cần 3 bị kéo nghiêng quanh trục 5 làm cho tiếp điểm
6 của rơ le đóng lại. Rơ le nhiệt chỉ được dùng rộng rãi ở các động cơ điện điện áp
220 -500 V, điều khiển bằng khởi động từ
23


B. Phần Tính Tốn:

Cho hệ thống điên như hình vẽ

Các thông số:
-Hệ thống: SNmax = 2000 MVA; SNmin = 1700 MVA; Xht = 1,4
-Máy biến áp: SBđm = 63 MVA; U1/U2 = 115/24kV;
-Đường dây:
Đường dây

-

Dài (km)

Loại dây

Tổng trở đơn vị thứ tự
thuận

1

7

AC-70

0,46 + j0,425

2

5

AC-70

0,46 + j0,425

Đường dây 1: Phụ tải có P1 = 5 MW
Đường dây 2: Phụ tải có P2 = 7 MW
X0L/X1L= 2,7
Cosφ1 = 0,93
tp=0.5s

t=
24


-

Với I*= Và TMS là hằng số thời gian đặt,độ lệch thời gian giữa các
bảo vệ

CHƯƠNG I : CHỌN MÁY BIẾN DỊNG
Chọn tỷ số biến đổi máy biến dịng BI1, BI2 dùng cho bảo vệ đường dây D1, D2. Dòng
điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn. Dòng thứ cấp
lấy bằng 1A.
Chọn tỉ số biến dòng phù hợp:

BI1
BI2
BI3: Chọn giống BI1
BI4: 0.338621
- BI5:Ilvmax= = =0.1975294
-

ni =
Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:

Isc
I Tc

-

Chọn ISc ≥ Ilvmax = Icb: dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI

-

Chọn ITc = 5A
ni =

I Sc
I Tc

 Tỷ số của máy biến dòng điện:
với ITc = 5A
 Dòng điện sơ cấp danh định của BI1 là: I1 = 462,929 A
ni =

I Sc
I Tc

 Tỷ số biến dòng:
=
 Dòng điện sơ cấp danh định của BI2 là: I2 = 2314649 A

ni =

I Sc
I Tc

 Tỷ số biến dòng:
=
 Dòng điện sơ cấp danh định của BI4 là: I4= 338,621A
ni =

 Tỷ số biến dòng:

I Sc
I Tc

=
25