LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ RƠLE BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE

1
LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ
RƠLE BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH
RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
NỘI DUNG
1. BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 3
1.1 Lý thuyết chung 3
1.2 Bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha trên đường dây 3
a) Bảo vệ quá dòng 3
b) Bảo vệ so lệch đường dây 5
c) Bảo vệ khoảng cách 5
2. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 6
2.1 Các dạng hư hỏng thương xảy ra đối với máy biến áp 6
2.2 Bảo vệ quá dòng 6
a) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (cấp bảo vệ thứ nhất) 7
b) Bảo vệ dòng điện cực đại (cấp thứ hai) 7
2.3 Bảo vệ so lệch 9
a) Các đặc điểm của bảo vệ máy biến áp 9
b) Tính toán bảo vệ so lệch máy biến áp 10
c) Tính toán chỉnh định rơ le so lệch kỹ thuật số 11
2.4 Bảo vệ khoảng cách 13
2.5 Bảo vệ chống chạm đất 14
3. BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN 16
3.1 Bảo vệ máy phát điện 16
3.2 Bảo vệ quá dòng 16
a) Bảo vệ dòng điện cực đại 16
b) Bảo vệ cắt nhanh 17
eBook for You
2
3.3 Bảo vệ so lệch 17
a) Bảo vệ so lệch dọc 17

b) Bảo vệ so lệch ngang 19
3.4 Bảo vệ khoảng cách 21
3.5 Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây rô to của máy phát điện 23
a) Chống chạm đất một điểm 23
b) Bảo vệ chống chạm đất 2 điểm trong mạch kích từ 24
3.6 Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch 25
3.7 Bảo vệ chống mất kích từ 26
3.9 Bảo vệ chống giảm áp 29
3.10 Bảo vệ chống tần số giảm thấp 29
3.11 Bảo vệ chống quá tải 30
3.12 Bảo vệ công suất ngược 30
eBook for You
3
1. BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY
1.1 Lý thuyết chung
Bảo vệ rơ le đối với đường dây tải điện (trên không và đường dây
cáp) phải được tính toán để đảm bảo ngăn ngừa các sự cố: ngắn mạch
nhiều pha, ngắn mạch một pha, chạm đất và các chế độ làm việc không
bình thường như quá tải, sụt áp ….
Hiện nay bảo vệ đường dây chủ yếu được thực hiện bởi các sơ đồ
bảo vệ quá dòng nhiều cấp, bảo vệ khoảng cách nhiều cấp, bảo vệ so
lệch pha cao tần kết hợp bảo vệ khoảng cách và bảo vệ dòng điện thứ
tự không đối với mạng có trung tính nối đất.
Đối với các đường dây phân phối người ta thường dùng các loại bảo
vệ sau:
- Bảo vệ quá dòng
- Bảo vệ có hướng
- Bảo vệ khoảng cách
- Bảo vệ so lệch
Đối với các đường dây truyền tải các bảo vệ chủ yếu được sử dụng là:

- Bảo vệ khoảng cách
- Bảo vệ có hướng
- Bảo vệ so lệch
- Bảo vệ cao tần
1.2 Bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha trên đường dây
Để chống ngắn mạch trên đường dây thường sử dụng các loại bảo vệ
sau: Bảo vệ quá dòng, bảo vệ có hướng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so
lệch và bảo vệ cao tần.
a) Bảo vệ quá dòng
Bảo vệ quá dòng cho đường dây thường sử dụng bảo vệ quá dòng có
thời gian kết hợp với bảo vệ cắt nhanh. Đối với mạng điện có trung tính
eBook for You
4
nối đất trực tiếp, thường các máy biến dòng được nối theo sơ đồ hình
sao đủ, ngoài 3 rơ le cho 3 pha còn cần thêm một rơ le phản ứng theo
dòng thứ tự không. Đối với mạng điện có trung tính cách ly, thường
dùng sơ đồ sao thiếu với 2 máy biến dòng và 2 rơ le. Đối với mạng điện
2 nguồn cung cấp, bảo vệ cắt nhanh không có bộ phận định hướng thì
dòng khởi động được chọn theo giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất xảy ra
trên một trong 2 thanh cái của 2 đầu đường dây.
Để nâng cao độ nhạy của bỏa vệ trong một số mạng điện có công
suất ngắn mạch yếu, người ta áp dụng sơ đồ bảo vệ quá dòng với khóa
điện áp thấp.
Đối với mạng điện có kết cấu phức tạp bảo vệ quá dòng thường
được thực hiện kết hợp với bảo vệ có hướng.
Trong các rơ le quá dòng kỹ thuật số thì chức năng bảo vệ quá dòng
ngưỡng thấp thực hiện nhiệm vụ bảo vệ dòng điện cực đại hay còn gọi
là bảo vệ quá dòng có thời gian xác định. Còn chức năng bảo vệ
ngưỡng cao thực hiện nhiệm vụ bảo vệ cắt nhanh. Giá trị cài đặt của
dòng khởi động được thể hiện dưới dạng bội số của dòng định mức sơ

cấp của máy biến dòng.
Dòng khởi động ngưỡng thấp của bảo vệ quá dòng được xác định
theo biểu thức
ax
at
kdI sd mm lvm
tv
K
I K K I
K
>
=
Bội số dòng khởi động ngưỡng thấp
1.
kdI
n BI
I
I
I
>
>
=
1.n BI
I
- giá trị dòng định mức sơ cấp của máy biến dòng
Dòng khởi động ngưỡng cao được xác định theo biểu thức
ax
. .
kdI at sd Nm
I K K I

>>
=
eBook for You
5
Bội số dòng khởi động ngưỡng cao
1.
kdI
n BI
I
I
I
>>
>>
=
b) Bảo vệ so lệch đường dây
Do đặc điểm của đương dây tải điện là dài, nên bảo vệ so lệch đường
dây tải điện phải sử dụng hai bộ bảo vệ đặt ở 2 đầu đường dây để mỗi
bộ tác động cắt các máy cắt ở đầu dây của mình. Các bảo vệ này liên
lạc với nhau qua kênh thông tin như cáp quang, dây dẫn phụ hoặc kênh
vô tuyến…
c) Bảo vệ khoảng cách
Bảo vệ khoảng cách áp dụng cho đường dây tải điện được thực hiện
theo nhiều cấp với nhiều vùng tác động, các vùng phía trước (tính theo
chiều từ thanh cái vào đường dây ) đóng vai trò bảo vệ dự phòng cho
vùng liền kề. Thường sơ đồ bảo vệ khoảng cách 3 cấp được áp dụng
nhiều nhất. Cấp 1 bảo vệ chính có vùng tác động chiếm khoảng 80-
85% tổng chiều dài đường dây cần bảo vệ. Chức năng chính của bảo vệ
cấp 2 là bảo vệ vùng chết và bảo vệ dự phòng cho bảo vệ cấp 1, còn
bảo vệ cấp 3 làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ cấp 2 và cấp 1 với thời
gian trễ thích hợp.

Để đảm bảo điều kiện làm việc chọn lọc của bảo vệ điện trở khởi động
của bảo vệ vùng 1 phải nhỏ hơn điện trở của đường dây AB, tức là Z
1
<
Z
AB
Hay Z
1
= K
1
. Z
AB
K
1
– là hệ số dự trữ, tính đến sự tác động thiếu chính xác của rơ le và
ảnh hưởng của điện trở quá độ tại nơi xảy ra ngắn mạch, thường có giá
trị trong khoảng 0.8 – 0.85
Z
AB
- điện trở của đoạn dây cần bảo vệ
eBook for You
6
2. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
2.1 Các dạng hư hỏng thương xảy ra đối với máy biến áp
Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra làm 2
nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài.
Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm:
- Chạm chập giữa các vòng dây
- Ngắn mạch giữa các cuộn dây
- Chạm 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 không bình thường bên ngoài máy biến
áp bao gồm:
- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống
- Ngắn mạch một pha trong hệ thống
- Quá tải
- Quá bảo hòa mạch từ
Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí và vai trò của MBA trong hệ
thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp.
Các máy biến áp thường được trang bị các loại bảo vệ sau:
2.2 Bảo vệ quá dòng
Bảo vệ chống ngắn mạch trong máy biến áp có thể thực hiện theo nguyên
lý quá dòng (hình 2.1), tức là bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì
và bảo vệ cắt nhanh.
eBook for You
7
Với máy biến áp 2 cuộn dây bảo vệ quá dòng có thể bố trí ở cả 2 phía hoặc
chỉ một phía sơ cấp. Đối với máy biến áp 3 cuộn dây, bảo vệ quá dòng
phải được bố trí ít nhất ở 2 phía hoặc ở cả 3 phía.
a) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (cấp bảo vệ thứ nhất)
Dòng điện khởi động của bảo vệ được chỉnh định theo dòng điện ngắn
mạch ngoài lớn nhất đi qua máy biến áp ( điểm N hình 2.1).
axkd tc Nm
I k I
>>
=
(2-1)
Trong đó
k

tc
- hệ số tin cậy 1.2 ÷ 1.3
I
Nmax
– dòng ngắn mạch ngoài max
Dòng khởi động của rơ le
. ax
sd
kdR CN tc Nm
i
k
I k I
n
=
(2-2)
Giá trị dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh
sd
idR
CNkd
k
nI
I
.
.
=
(2-3)
I
dR
– dòng đặt chọn theo nấc chỉnh định gần nhất của rơ le bảo vệ cắt
nhanh

b) Bảo vệ dòng điện cực đại (cấp thứ hai)
I>
I>>
RG
N
Hình 2.1
eBook for You
8
Dòng khởi động của rơ le bảo vệ dòng điện cực đại được xác định theo
biểu thức.
ax
tc
kdR sd mm lvm
tv i
k
I k k I
k n
=
(2-4)
Trong đó:
k
tc
- hệ số tin cậy lấy trong khoảng 1.2 – 1.3
k
mm
- hệ số mở máy trung bình
k
tv
- hệ số trở về của rơ le (đối với rơ le số k
tv

= 0.98; đối với rơ le điện
từ k
tv
= 0.8 – 0.85)
k
sd
- hệ số sơ đồ
n
i
- hệ số biến dòng
I
lvmax
– dòng điện làm việc cực đại của máy biến áp, thường lấy bằng
dòng định mức của máy biến áp.
Trên cơ sở dòng khởi động tính toán của rơ le chọn dòng đặt I
dRI >
có trị
số gần nhất về phía trên.
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng điện cực đại là
.
dRI i
kdI
sd
I n
I
k
>
>
=
(2-5)

Độ nhạy của bảo vệ
(3)
min
0.87
k N
nh
kdI kdI
I I
k
I I
> >
= =
(2-6)
Hệ số nhạy không được nhỏ hơn 1.5
Thời gian tác động của bảo vệ cấp 2 được xác định dựa theo thời gian
tác động lớn nhất của bảo vệ trước đó
t
2
= t
1.Max
+ ∆t
Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại không nhỏ hơn 1.5. Nhìn chung
đối với các máy biến áp, bảo vệ dòng điện cực đại không đảm bảo độ
nhạy cần thiết vì vậy người ta thường sử dụng sơ đồ bảo vệ dòng cực
eBook for You
9
đại kết hợp với khoá điện áp cực tiểu hoặc áp dụng sơ đồ với bộ lọc
thành phần thứ tự nghịch.
2.3 Bảo vệ so lệch
Bảo vệ so lêch được dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp. Các máy

biến dòng được đặt ở tất cả các phía của máy biến áp được bảo vệ. Thông
thường bảo vệ so lệch dọc được thực hiện với 2 rơ le trong mạch so sánh,
trong trường hợp sơ đồ với 2 rơ le không đảm bảo độ nhạy cần thiết thì sơ
đồ dùng 3 rơ le với được áp dụng.
a) Các đặc điểm của bảo vệ máy biến áp
- Dòng từ hoá của máy biến áp là một thành phần quan trọng của dòng
không cân bằng, thay đổi một cách đột biến khi U tăng đột ngột ( khi
đóng cắt máy biến áp). Giá trị của nó có thể đạt 6 ÷ 8 lần dòng định
mức của máy biến áp. Ngoài đặc điểm tắt dần theo thời gian, dòng từ
hoá còn chứa thành phần không chu kỳ và các sóng hài bậc cao. Để
giảm giảm giá trị của dòng từ hoá cần phải áp dụng các biện pháp đặc
biệt như sử dụng máy biến dòng bảo hoà nhanh có tác dụng hạn chế
thành phần không chu kỳ của dòng điện.
- Sự điều chỉnh hệ số biến áp làm phá vỡ sự cân bằng của dòng điện ở
các nhánh bảo vệ, có nghĩa là làm xuất hiện thành phần không cân
bằng.
- Sự khác nhau của điện áp buộc phải chọn các máy biến dòng ở hai phía
khác nhau về hệ số biến cũng như về chủng loại. Để cân đối dòng điện
trên các nhánh người ta áp dụng các sơ đồ hiệu chỉnh nhờ sựu hổ trựo
của máy biến áp tựu ngẫu hoặc máy biến dòng trung gian.
eBook for You
10
b) Tính toán bảo vệ so lệch máy biến áp
Do những đặc điểm trên dòng không cân bằng cực đại có thể được xác
định theo biểu thức
ngkidciclakcb
IsUskkI
.max.2max.
)( +∆+=
(2-7)

∆U
dc
- phần trăm điều chỉnh điện áp của máy biến áp bảo vệ
I
k.max.ng
– dòng ngắn mạch cực đại ngoài vùng bảo vệ
s
2i
– sai số do sự chênh lẹch dòng thứ cấp, có thể xác định theo biểu thức
I
III
i
I
II
s
2
22
2
−
=
I
2I
và I
2II
– dòng thứ cấp phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp
Dòng khởi động tính toán được chọn theo 3 điều kiện:
- bảo vệ không tác động khi đứt dây ở mạch nhị thứ
I
kd
= k

tc
.I
lvMax
(2-8)
- bảo vệ không tác động khi dòng từ hoá nhảy vọt
I
kd
= (1,1 ÷ 1,4) I
nBA
(2-9)
- bảo vệ không tác động ở giá trị cực đại của dòng không cân bằng
∆I
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch MBA 3 cuộn dây
eBook for You
11
I
kd
= k
tc
I
kcb.max
(2-10)
Dòng điện khởi động của rơ le so lệch
2
2
i
sdkd
kdRSL
n
kI

I
(2-11)
I
kd
– dòng khởi độnh tính toán lấy giá trị lớn nhất trong các điều kiện (2-8),
(2-9) và (2-10)
k
sd2
- hệ số sơ đồ của các máy biến dòng phía thứ cấp biến áp
n
i2
- hệ số biến áp phía thứ cấp
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ so lệch
2
2.
.
sd
iSLdR
SLkd
k
nI
I =
(2-12)
I
dR.SL
– dòng chỉnh định của rơ le so lệch, chọn theo giá trị I
kdSL
với nấc gần
nhất về phía trên.
Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá theo biểu thức

SLkd
k
nh
I
I
k
.
)3(
87.0
=
(2-13)
c) Tính toán chỉnh định rơ le so lệch kỹ thuật số
Rơ le số sẽ tác động khi dòng điện đi vào rơ le so lệch bằng dòng điện hãm I
SL
= I
H
III
III
22SL
−=
đối với máy biến áp 2 cuộn dây
IIIIII
IIII
222SL
−−=
đối với máy biến áp 3 cuộn dây (2-14)
Và dòng hãm
IIIH
III
22

+=
đối với máy biến áp 2 cuộn dây
IIIIIIH
IIII
222
++=
đối với máy biến áp 3 cuộn dây
Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ thì I
2I
và I
2II
sẽ có chiều ngược nhau
nên
I
SL
= 2I
2II
= I
H
Do đó rơ le sẽ tác động
eBook for You
12
Khi ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ hoặc ở chế độ bình thuờng thì I
2I
= I
2II
nên
0
22SL
=−=

III
III
(2-15)
Còn dòng hãm
IIIIIH
IIII
222
2=+=
(2-16)
tức là I
SL
< I
H
nên rơ le sẽ không tác động. Tuy nhiên do ảnh hưởng của các
yếu tố như thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch, sai số máy biến
dòng, sai số do chỉnh định điện áp vv… khi có dòng ngắn mạch ngoài dòng so
lệch không bằng 0 mà bằng giá trị dòng điện không cân bằng cực đại: I
SL
=
I
kcb.Max
. Hệ số an toàn của bảo vệ được xác định theo biểu thức
sl
ng
at
I
I
k =
(2-17)
I

ng
– dòng so lệch ngưỡng, xác định theo biểu thức
I
ng
= tgα
2
( I
H
– I
CS
) (2-18)
tgα
2
- độ nghiêng của đường đặc tính bảo vệ (đoạn CD hình 2.3)
I
CS
– dòng hãm cơ sở của nhánh đặc tính bảo vệ
Ngưỡng thay đổi thứ nhất
1
1

tg
I
I
H
>
=
(2-18)
tgα
1

- độ nghiêng của đường đặc tính bảo vệ (đoạn BC hình 2.3)
Ngưỡng thay đổi thứ 2
12
2S
2


tgtg
tgI
I
C
H
−
=
(2-19)
Ngưỡng thay đổi thứ 3
2
S3

tg
I
II
CH
>>
+=
(2-20)
I
>
, I
>>

- dòng khởi động ngưỡng thấp và ngưỡng cao
eBook for You
13
2.4 Bảo vệ khoảng cách
Đối với những máy biến áp công suất lớn ( >100MVA), người ta thường
dùng bảo vệ khoảng cách để làm bảo vệ dự phòng thay cho bảo vệ quá
dòng điện
Trên hình 2.4 trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ
cho máy biến áp 2 cuộn dây. Bảo vệ khoảng cách được đặt ở cả 2 phía của
máy biến áp với 3 vùng tác động về phía trước ( hướng thuận) và một
vùng tác động về phía sau ( hướng ngược)
Bảo vệ khoảng cách ở hai phía của máy biến áp làm nhiệm vụ dự phòng
cho bảo vệ so lệch của máy biến áp và cho các bảo vệ chính đặt ở thanh
góp và các đường dây lân cận của máy biến áp.
Tổng trở khởi động và thời gian khởi động của các vùng được chọn như
sau:
Vùng thứ nhất:
st
XZ
I
B
I
kd
)5.04.0(
7.0
÷=
=
(2-21)
Trong đó X
B

– là điện kháng của máy biến áp
A
B
C
D
E
1
2
3
4
5
n
SL
I
I
n
H
I
I
1
I
H1
I
H2
I
H3
0
2
4
6

8
10
Vùng tác động
Vùng khoá
Vùng ổn định sóng hài
Hình 2.3 Đặc tính khởi động của rơ le so lệch 7UT512
eBook for You
14
Vùng thú hai:
ttt
XZ
III
B
II
kd
∆+=
= 3.1
(2-22)
Với ∆t = ( 0.3 ÷ 0.5) s
Vùng thứ 3 được phối hợp với vùng thứ 2 của các bảo vệ khoảng cách
RZD1 và RZD2 đặt ở các đường dây D1 và D2 lân cận máy biến áp
2.5 Bảo vệ chống chạm đất
Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất đơn giản nhất đặt ở máy biến áp có trung
điểm nối đất được trình bày trên hình 2.5. Sơ đồ dùng một máy biến dòng đặt
ở trên dây trung tính của máy biến áp và một rơ le quá dòng với dòng điện
khởi động
RZ1
RZ2
RZD1
RZD2

X
B
MC1
MC2
D2
D1
B
II
KdRZ
XZ 3.1
2
=
B
I
KdRZ
XZ 7.0
2
=
III
RZ
t
2
I
RZD2
t
IV
RZ2
t
I
RZ

t
2
II
RZ2
t
II
RZ1
t
I
RZ
t
1
IV
RZ1
t
III
RZ
t
1
B
II
KdRZ
XZ 3.1
2
=
B
I
KdRZ
XZ 7.0
2

=
Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách đặt
đặt ở máy biến áp 2 cuộn dây
eBook for You
15
I
kd
= (0.2 ÷ 0.4) I
dđ
(2-23)
Trong đó I
dđ
– dòng danh định của máy biến áp
Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời gian
của bảo vệ chống chạm đất đặt ở các phần tử lân cận.
Bảo vệ quá dòng chọn theo (2-23) đảm bảo laọi trừ được tất cả các trường
hợp chạm đất xảy ra trong cuộn dây nối hình sao của máy biến áp và vùng lân
cận của lưới điện nối với cuộn dây này.
Với các máy biến áp có công suất lớn, để bảo vệ chống chạm đất trong
cuộn dây nối hình sao của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống
chạm đất có giới hạn. Thực chất đây là bảo vệ so lệch dòng thứ tự không
(hình 2.6).
Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài
I
0
>
Hình 2.5 Bảo vệ chống chạm đất máy biến áp
RI
0
I

A
I
B
I
C
Hình 2.6 Sơ đồ bảo vệ so lệch dòng thứ tự không
eBook for You
16
3. BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN
3.1 Bảo vệ máy phát điện
Bảo vệ máy phát điện được tính toán để ngăn ngừa sự cố và chế độ làm
việc không bình thường như: nhắn mạch nhiều pha, ngắn mạch giữa các
vòng dây, ngắn mạch chạm vỏ, chế độ phi đối xứng và chế độ quá tải của
Stator, ngắn mạch một điểm và ngắn mạch 2 điểm cuộn dây kích từ….Các
máy phát điện thường được trang bị các loại bảo vệ sau.
3.2 Bảo vệ quá dòng
Bảo vệ quá dòng được sử dụng như là bảo vệ dự phòng cho các máy phát
có công suất nhỏ. Bảo vệ quá dòng thường được kết hợp với khóa điện áp
thấp với sự tham gia của rơ le điện áp cực tiểu RU< để phân biệt với chế
độ quá tải. Bảo vệ tác động với 2 cấp thời gian: Cấp 1 tác động cắt máy
cắt ở đầu cực máy phát với thời gian được phối hợp với thời gian của bảo
vệ dự phòng đường dây và máy biến áp. Cấp 2 với thời gian lớn hơn sẽ
tác động dừng máy phát nếu sau khi cắt máy cắt đầu cực máy phát hoặc
dầu hợp bộ mà dòng sự cố vẫn tiếp tục tồn tại.
a) Bảo vệ dòng điện cực đại
Dòng khởi động của rơ le bảo vệ dòng điện cực đại được xác định theo
biểu thức.
ax
tc
kdR sd mm lvm

tv i
k
I k k I
k n
=
Trong đó:
k
tc
- hệ số tin cậy lấy trong khoảng 1.2 – 1.3
k
mm
- hệ số mở máy trung bình
k
tv
- hệ số trở về của rơ le (đối với rơ le số k
tv
= 0.98; đối với rơ le điện
từ k
tv
= 0.8 – 0.85)
k
sd
- hệ số sơ đồ
n
i
- hệ số biến dòng
eBook for You
17
I
lvmax

– dòng điện làm việc cực đại của máy phát, thường lấy bằng dòng
định mức của máy phát.
Trên cơ sở dòng khởi động tính toán của rơ le chọn dòng đặt I
dRI >
có trị
số gần nhất về phía trên.
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng điện cực đại là
.
dRI i
kdI
sd
I n
I
k
>
>
=
Độ nhạy của bảo vệ
(3)
min
0.87
k N
nh
kdI kdI
I I
k
I I
> >
= =
Hệ số nhạy không được nhỏ hơn 1.5

b) Bảo vệ cắt nhanh
Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được xác định theo biểu thức
(3)
.
tc N
kdCN R sd
i
k I
I k
n
=
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh
.
.
dR i
kd CN
sd
I n
I
k
=
I
dR
– dòng dặt của rơ le cắt nhanh chọn theo giá trị dòng khởi động tính
toán.
(3)
N
I
- dòng ngắn mạch ngoài 3 pha của máy phát điện.
Độ nhạy của bảo vệ cắt nhanh không nhỏ hơn 2 ( k

nh
≥ 2 )
3.3 Bảo vệ so lệch
a) Bảo vệ so lệch dọc
Dòng khởi động của bảo vệ so lêch dọc của máy phát điện được xác
định theo dòng lớn nhất từ 2 điều kiện sau.
eBook for You
18
Điều kiện 1:
I
kd
= k
tc
(0.3 ÷ 0.5) I
nF
Trong đó: I
nF
– dòng định mức của máy phát
Điều kiện 2:
I
kd
= k
tc
I
kcbmax
Trong đó:
I
kcb.max
– dòng điện không cân bằng cực đại:
(3)

. ax
.
kcb m a cl i N
I k k s I=
(3)
N
I
- dòng ngắn mạch 3 pha trong máy phát, có thể xác định theo biểu
thức
(3)
2 " 2
( ) ( )
f f
N
F
qd
d d
E E
I
Z
R
R X


= =
+ +
Trong đó:
E
f
- suất điện động của máy phát, ứng với điện áp pha

R
qd
- điện trở quá độ tại điểm ngắn mạch (trong trường hợp ngắn mạch
kim loại R
qd
= 0)
R
d
- điện trở tác dụng của cuộn dây
"
d
X
- điện cảm kháng quá độ của cuộn dây
α - hệ số tính đến phần cuộn dây bị ngắn mạch (tính từ trung điểm)
Z
F
- điện trở máy phát
k
a
- hệ số tính đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng
ngắn mạch
k
cl
- hệ số cùng loại của máy biến dòng (nếu các máy biến dòng ở 2
phía cùng loại thì k
cl
= 0.5, còn khác loại thì lấy giá trị 1)
s
i
– sai số của máy biến dòng.

Dòng điện khởi động của rơ le so lệch được xác định theo biểu thức
eBook for You
19
.
sd kd
kdRSL
i
k I
I
n
=
Trong đó I
kd
– dòng khởi động xác định từ điều kiện 1 và 2
Trên cơ sở giá trị dòng điện I
kdRSL
chọn dòng đặt của rơ le I
d.R
.
Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc cuộn dây stator.
b) Bảo vệ so lệch ngang
Bảo vệ so lệch ngang dùng để chống ngắn mạch giữa các vòng dây stator
máy phát điện có cuộn dây kép. Có thể thực hiện bảo vệ riêng cho từng
pha của máy phát như hình 1.2
~
∆I
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc cuộn dây
Stator
eBook for You
20

Ở tình trạng làm việc bình thường hoặc có ngắn mạch ngoài, sức điện
động trong các nhánh cuộn dây stator bằng nhau nên I
1
= I
2
và dòng điện
so lệch bằng:
1 2
0
SL
I I I= − =
Bảo vệ không tác động.
Khi một số vòng trong một nhánh nào đó bị ngắn mạch, sức điện động
trong 2 nhánh không còn bằng nhau nữa I
1
≠ I
2
và dòng điện so lệch lớn
hơn không, nếu I
SL
> I
kd
bảo vệ sẽ tác động.
Một phương án khác thực hiện bảo vệ so lệch ngang chống các vòng
dây trong cùng một pha chập nhau trình bày trên hình 1.3
Trong sơ đồ máy biến dòng BI đặt ở giữa 2 điểm nối trung tính của 2
nhánh song song hai cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng nối qua bộ lọc
sóng hài bậc ba L3 dùng để giảm dòng không cân bằng đi vào rơ le.
Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo điều kiện:
(0.1 0.5)

kd dmF
I I= ÷
Trong đó I
dmF
– là dòng điện định mức của máy phát điện
87
A
87
A
87
A
I
1
I
2
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang cho cuộn dây Stator
eBook for You
21
Bảo vệ so lệch ngang cũng có thể làm việc khi ngắn mạch nhiều pha
trong cuộn dây stato. Tuy nhiên không thể dùng bảo vệ so lệch ngang
thay thế bảo vệ so lệch dọc vì khi ngắn mạch trên đầu cực máy phát điện
bảo vệ so lệch ngang không làm việc.
3.4 Bảo vệ khoảng cách
Bảo vệ khoảng cách được sử dụng với tư cách là bảo vệ dự phòng cho máy
phát. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách máy phát được thể hiện trên
hình 1.4
Bảo vệ được thực hiện với 2 vùng tác động: Vùng 1 bảo vệ toàn bộ cuộn
dây máy phát và khoảng 70% cuộn dây của máy biến áp tăng áp với thời
gian tác động t
1

= 0.4 ÷ 0.5s. Vùng 2 bao phủ phần còn lại của máy biến áp
và hệ thống thanh cái.
Điện trở khởi động vùng 1
0.7
I
kd F BA
Z X Z= +
Trong đó:
X
F
- điện trở của máy phát điện
Z
BA
- điện trở của MBA
87
A
B
C
L
3
BI
Hình 1.3 Bảo vệ so lêch ngang cuộn dây Stato
eBook for You
22
Điện trở của máy phát được xác định theo biểu thức
2
"
nF
F d
F

U
X x
S
=
U
nF
- điện áp định mức của máy phát
S
F
– công suất định mức của máy phát
Điện trở của MBA
,( )
100.
k nBA
BA
BA
U U
Z
S
= Ω
U
k
- điện áp ngắn mạch của MBA
S
BA
– công suất định mức của MBA
U
nBA
- điện áp định mức của MBA
Điện trở khởi động của vùng 2

,( )
II
kd F BA TC
Z X Z Z= + + Ω
Z
TC
- điện trở của hệ thống thanh cái quy về cấp điện áp máy phát
Thời gian tác động của vùng 2 là
2 1
1 ,MC t qt dt
t t t
t t s t t
= + ∆
∆ = + +
t
MC
- thời gian tác động của máy cắt
s
t
– sai số thời gian của rơ le
t
qt,dt
– sai số do quán tính và thời gian dự trữ
eBook for You
23
3.5 Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây rô to của máy phát điện
a) Chống chạm đất một điểm
Đối với máy phát điện có công suất bé và trung bình, thường người ta
đặt bảo vệ báo tín hiệu khi có một điểm chạm đất trong cuộn dây rô to và
tác động cắt máy phát điện khi chạm đất điểm thứ 2.

Đối với các máy phát điện có công suất lớn, hậu quả của việc chạm đất
điểm thứ 2 trong mạch kích thích có thể rất nghiêm trọng, vì vậy khi chạm
đất một điểm trong cuộn dây rô to bảo vệ đã phải tác động cắt máy phát
điện ra khỏi hệ thống.
Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất một điểm trong mạch kích từ có dạng
sau:
~
RZ
BI
BA
BU
Hinh 1.4 Sơ đồ bảo vệ khoảng cách máy phát
RI
Tín hiệu
RI
Tín hiệu
U=
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất cuộn
Dây rô to mát phát
a)
b)
eBook for You
24
Hình 1.5 a Rơ le được mắc trực tiếp vào mạch kích từ. Dòng điện đi vào rơ le
tỷ lệ với số vòng dây bị ngắn mạch. Sơ đồ này có một vùng chết (khi xảy ra
ngắn mạch ở gần cực nối với rơ le). Để loại trừ vùng chết người ta mắc rơ le
vào một nguồn bổ xung một chiều như hình 1.5 b. Tuy nhiên sơ đồ có nhược
điểm là sự liên hệ trực tiếp về điện giữa thiết bị bảo vệ với điện áp kích thích
U
kt

có trị số khá cao đối với máy phát điện có công suất lớn. Để khắc phục
nhược điểm này có thể dùng sơ đồ với nguồn điện áp phụ xoay chiều được
cách ly với điện áp kích thích U
kt
qua tụ điện C.
Đối với các máy phát điện có hệ thống kích từ không có chổi than với các đi
ốt chỉnh lưu được mắc trực tiếp trên thân rô to máy phát, điện dung của hệ
thống kích thích đối với đất tăng lên đáng kể và hệ thống bảo vệ chống chạm
đất của cuộn dây rô to cũng trở nên phức tạp hơn.
Các sơ đồ bảo vệ chống trạm đất một điểm trong cuộn dây rô to của các
máy phát điện hiện đại thường tác động cắt máy cắt (để loại trừ khả năng xảy
ra chạm đất điểm thứ 2) và dựa trên một trong những nguyên lý sau.
- Đo điện dẫn của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp tần
số công nghiệp 50Hz.
- Đo điện trở của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp một
chiều hoặc tín hiệu sóng chữ nhật tần số thấp.
b) Bảo vệ chống chạm đất 2 điểm trong mạch kích từ
Bảo vệ được thực hiện theo nguyên lý của cầu cân bằng. Rơ le dòng được
mắc trên đường chéo của mạch cầu (hình 1.6). Khi có sự cố ngắn mạch chạm
đất một điểm trong mạch kích từ thì cơ cấu bảo vệ được mắc vào mạch kích
từ này.
Với sự trợ giúp của con chạy cầu, được điều chỉnh ở trạng thái cân bằng. Khi
sự cố ngắn mạch chạm vỏ xảy ra ở điểm thứ 2 thì sự cân bằng của cầu bị phá
vỡ và sẽ có một dòng điện chạy qua rơ le, nếu dòng điện này lớn hơn dòng
khởi động thì rơ le sẽ tác động đưu tín hiệu đến cơ cấu thừa hành để thực
hiện bảo vệ máy phát.
eBook for You
25
3.6 Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch
Dòng điện thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây Stator máy phát

điện khi có đứt dây (hoặc hở mạch ) một pha, khi có phụ tải không đối
xứng hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống điện.
Dòng điện thứ tự nghịch I
2
càng lớn thì thời gian cho phép tồn tại càng bé.
Bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch I
2
thường có quan hệ thời gian t phụ thuộc
tỷ lệ nghịch với dòng I
2
như sau:
1
2
2
2
2
dd
K
t
I
K
I
=
 
−
 
 
Trong đó: K
1
và K

2
là các hệ số tỷ lệ;
2
2
dd
.
cp
I
K
I

=
α – là hằng số đối với từng loại rơ le cụ thể
I
2cp
– dòng thứ tự nghịch cho phép vận hành lâu dài
I
dđ
– dòng điện danh định của máy phát
RI
R
kt1
R
kt 2
R
1
R
2
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động
eBook for You