đồ án môn học bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 1



Lơì nói đầu



Tình hình hệ thống năng lượng Việt Nam hiện nay có rất nhiều thay đổi so với
trước kia. Chúng ta đang đứng trước kỉ nguyên đổi mới và hiện đại hóa đất nước. Nhu
cầu năng lượng tăng cao mà đặc biệt trong đó có điện năng – một mặt hàng năng
lượng rẻ tiền và tối quan trong đối với nền công nghiệp và dịch vụ của nước ta. Đứng
trước yêu cầu đó thì việc làm sao để đảm bảo cho hệ thống điện vận hành ổn định và
tin cậy là rất quan trọng.
Vì vậy đồ án bảo vệ rơ le được thực hiện nhằm mục đích rèn luyện kĩ năng cho sinh
viên chúng em về cách thức thiết kết bảo vệ một lưới điện trong thức tế và đồng thời
cũng là một bước đệm cho những sinh viên sắp ra trường như chúng em hiểu biết sâu
sắc hơn về công việc mình có thể sẽ làm trong tương lai.
Đồ án dù đã được làm rất kĩ càng nhưng chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót. Em rất
mong được sự chỉ bảo và đòng góp quý báu của các thầy cô trong khoa HTĐ và các
bạn trong sinh viên để việc thiết kế bảo vệ trong tương lai được hoàn chỉnh hơn
Trong quá trình thực hiện đồ án bảo vệ rơ le, em đã nhận được sự chỉ bảo và hướng
dẫn quý báu của thầy Nguyễn Sĩ Chương. Thông qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới thầy!

Sinh viên:

Nguyễn Đình Lý




Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 2

Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 3



MỤC LỤC

LƠÌ NÓI ĐầU 1
PHẦN A: LÝ THUYẾT 5
CHƯƠNG 1: NHIệM Vụ VÀ CÁC YÊU CầU CƠ BảN CủA BảO Vệ RƠ LE. 5
1. Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơ le 5

2. Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le 5
CHƯƠNG 2: 8
CÁC HƯ HỏNG VÀ TÌNH TRạNG LÀM VIệC KHÔNG BÌNH THƯờNG CủA MBA VÀ ĐƯờNG
DÂY VÀ CÁC LOạI BảO Vệ 8
2.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của MBA và
đường dây. 8
2.1.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của MBA 8
2.1.2. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của đường dây.
9
2.2. Các loại bảo vệ cho MBA và đường dây của mạng điện đang thiết kế. 10
2.2.1. Bảo vệ cho máy biến áp. 10
2.2.1.1. Bảo vệ chính. 11
2.2.1.2. Bảo vệ dự phòng. 14
2.2.1.3. Bảo vệ chống quá tải 16
2.2.2. Bảo vệ cho đường dây. 16
2.2.2.1. Bảo vệ dòng điện cực đại có hướng 16
2.2.2.2. Bảo vệ cắt nhanh. 18
PHẦN B: TÍNH TOÁN 20
CHƯƠNG 3: 20
TÍNH TOÁN NGắN MạCH 20
3.1. Tính toán thông số điện kháng của lưới điện. 20
3.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch 22
3.2.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1. 22
3.2.1.1. Khi hệ thống cực đại 22
3.2.1.2. Khi hệ thống cực tiểu 23
3.2.2. Tính toán dòng điện ngăn mạch tại cái điểm khác nhau trên đường dây 24
3.2.2.1. Khi hệ thống max: 24
3.2.2.2. Khi hệ thống min: 25
3.3. Tính dòng ngắn mạch có xét đến trường hợp mạch vòng bị hở khi một trong 2
máy cắt ở 2 đầu đường dây cắt – HTmax. 29

3.3.1. Dòng ngắn mạch 3 pha N
(3)
tại điểm N2 29
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 4



3.3.2. Dòng ngắn mạch tại các vị trí khác. 31
CHƯƠNG 4: 33
CÀI ĐặT CÁC THÔNG Số CHO BảO Vệ MBA VÀ ĐƯờNG DÂY 33
4.1. Thông số cài đặt cho bảo vệ MBA. 33
4.2. Thông số cho bảo vệ đường dây. 34
4.2.1. Thông số cho bảo vệ dòng điện cực đại có định hướng công suất. 34
4.2.1.1. Cài đặt thông số dòng khởi động. 34
4.2.2. Thông số cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh. Error! Bookmark not defined.
4.2.2.1. Thông số cài đặt của bảo vệ dòng cắt nhanh trên đường dây L1.
Error! Bookmark not defined.
4.3. Các vị trí cần đặt rơ le công suất Error! Bookmark not defined.


Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page 5



PHẦN A: LÝ THUYẾT
Chương 1: Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le.
1. Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơ le
Trong HTĐ luôn tồn tại những nguy cơ gây nghuy hiểm cho hệ thống
điện như ngắn mạch, đứt dây hoặc chạm đất.Những nguy cơ này nếu không
được phát hiện và loại bỏ kịp thời sẽ gây nên những hậu quả nghiệm trong
trong hệ thông điện như:
 Sụp đổ điện áp.
 Mất ổn định về tần số
 Phá hủy thiết bị truyển tải điện cũng như các thiết bị phụ
tải tiêu thụ điện.
 Gây dao động công suất.
Các dạng ngắn mạch gồm có:
Ngắn mạch 1 pha với xác xuất xảy ra là 65%
Ngắn mạch 2 pha với xác xuất xảy ra là10%
Ngắn mạch 2 pha chạm đất với xác xuất xảy ra là 20%
Ngắn mạch 3 pha với xác xuất xảy ra là 5%.
Ngoài ngắn mạch còn có sự cố chạm đất ở các đường dây trung áp từ 35 kV trở
xuống.Để phòng ngừa các sự cố trên người ta dùng bảo vệ rơ le cho mạng điện cao áp
và trung áp.
Bảo vệ rơ le có chứa năng phát hiện và loại trừ sự cố ra khỏi mạng điện. Tùy từng
loại mạng điện với các chế độ trung tính khác nhau mà người ta có thể dùng bảo vệ rơ
le để đi cắt máy cắt hoặc chỉ đơn thuần là báo tín hiệu. Do vậy bảo vệ rơ le giúp cho
HTĐ vận hành tin cậy hơn.
2. Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le.
Có 5 yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le. Đó là:

a) Độ tin cậy:
Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng , chắc chắn. Để nâng
cao độ tin cậy nên sử dụng các rơ le và hệ thống rơ le có kết cấu đơn giản
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 6



chắc chắn đã qua thử thách thực tế cũng như tang cường mức bảo vệ dự
phòng trong hệ thống điện
b) Tính chọn lọc
Là khả năng phát hiện và loại trừ đúng phần tử sự cố ra khỏi hệ
thống.Cấu hình hệ thống càng phức tạp thì việc đảm bảo tính chọn lọc càng
khó khan.
Người ta phân ra làm 2 loại bảo vệ:
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối
- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối.
c) Tác động nhanh.
Bảo vệ phải đảm bảo tác động loại trừ sự cố càng nhanh càng tốt.Tuy
nhiên để đảm bảo tính chọn lọc thì tính tác động nhanh bị giảm xuống.Đặc
tính tác động nhanh của bảo vệ còn phụ thuộc vào thời gian làm việc của
máy cắt.Máy cắt càng hiện đại thì thời gian tác động càng nhanh.
d) Độ nhạy.
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhân” sự cố của rơ le. Độ nhạy
được thể hiện thông qua hệ số nhạy
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm

việc của hệ thống, cấu hình làm việc của lưới điện, dạng ngắn mạch và vị trí
điểm ngắn mạch.Tùy theo yêu cầu của bảo vệ mà ta có độ nhạy khác nhau.
Bảo vệ chính thường yêu cầu độ nhạy từ 1,5÷2 và bảo vệ dự phòng thường
từ 1,2 ÷1,5.
e) Tính kinh tế
 Đối với đường dây cao áp và siêu cao áp, chi phí cho bảo
vệ rơ le chỉ chiếm vài phần tram trong chi phí của toàn bộ công trình.
Trong khi đó nếu xảy ra sự cố trong hệ thống điện mà một trong số 4
yêu cầu trên không được đảm bảo thì sẽ gây tổn hại lớn về kinh tế.
Do vậy ở mạng điện này cần quan tâm chủ yêu vào các yêu cầu kỹ
thuật hơn là kinh tế
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 7



 Đối với lưới điện cấp trung và hạ áp thì ngược lại. Do cấp
trung và hạ áp số lượng sự cố xảy ra thường nhiều. Tính chất sự cố
mạng tính cục bộ nên số lượng các thiết bị bảo vệ thường lớn. Yêu
cầu về độ tin cậy thấp hơn so với lưới cao áp. Do đó khi lực chọn
thiết bị bảo vệ phải làm sao đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật với chi
phí là thấp nhất.

Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 8



Chương 2:
Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của MBA và đường dây
và các loại bảo vệ
2.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường
của MBA và đường dây.
2.1.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của
MBA.
Đối với máy biến áp ta có dạng hư hỏng bên trong và bên ngoài.
a) Hư hỏng bên trong MBA:
- Chạm chập giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây
- Chạm đất vỏ và ngắn mạch chạm đất
- Thùng dầu bị thủng và dò dầu
b) Hư hỏng bên ngoài MBA:
- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống
- Ngắn mạch một pha trong hệ thống
- Chế độ làm việc quá tải
- Quá bão hào mạch từ
Trong đó chế độ quá tải thường xảy ra nhất. Có 2 dạng quá tải đối với
MBA là:
Quá tải bình thường
Là quá tải thường xuyên xảy ra của MBA có tính chu kỳ
Quá tải sự cố
Trong trường hợp một máy biến áp trong hệ thống điện có 2 máy biến
áp vận hành song song ngừng hoặt động thì ta có thể cho máy biến áp
còn lại vận hành với quá tải 40% trong suất không quá 5 ngày đêm với
thời gian quá tải mỗi ngày không quá 6 giờ.
Tùy theo các dạng hư hỏng và công suất máy biến áp cùng với vị trí
vai trò của MBA trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo
vệ thích hợp để chống lại các sự cố và chế độ làm việc không bình
thường của MBA.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page 9

Ta có bảng sau:
Bảng 2.1.Các loại bảo vệ thường dùng cho MBA.
Loại hư hỏng Loại bảo vệ
Ngăn mạch 1 pha hoặc
nhiều
pha trạm đất
So lệch có hãm.
Khoảng cách.
Quá dòng có thời gian.
Quá dòng thứ tự không.
Chạm chập các vòng dây
thùng dầu thủng hoặc bị
dò dầu
Rơ le khí
Quá tải
Bảo vệ quá dòng
Hình ảnh nhiệt
Quá bão hòa mạch từ Chống quá bão hòa

2.1.2. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của
đường dây.
a) Ngắn mạch.
Các dạng ngắn mạch gồm 4 dạng như kể ở trên. Trong đó ngắn mạch 3 pha
có xác xuất xảy ra ít nhất, ngắn mạch 1 pha với xác xuất xảy ra nhiều nhất.Việc
tính dòng điện ngắn mạch và điện áp ngắn mạch là cần thiết để cung cấp các
thông số đầu vào cho bảo vệ rơ le. Trong đó dòng điện ngắn mạch 3 pha
thường có trị số lớn nhất và dòng điện ngắn mạch 2 pha với nhau thời có trị số
nhỏ nhất. trị số của dòng điện ngắn mạch còn phụ thuộc vào chế độ phụ tải và
cấu hình đường dây.
b) Chạm đất trong mạng có trung điểm không nối đất hoặc nối qua cuộn

dập hồ quang Petersen
Đối mạng điện có trung điểm không nối đất hoặc nối qua cuộn dập hồ quang
thì dòng chạm đất tương đối nhỏ.Hiện tượng này chỉ có ở mạng trung áp từ 35
kV trở xuống.Khi có sự cố xảy ra thì máy cắt không cắt ngay mà chỉ đi báo tín
hiệu để người vận hành biết và đi tìm điểm bị sự cố.Sau thời gian khoảng 2÷3
giờ nếu không phát hiện được điểm sự cố thì mới cắt máy căt.
Khi chạm đất thì điện áp dây không đổi nhưng điện áp của 2 pha không chạm
đất tăng lên
3
lần so với trước khi sự cố xảy ra. Vì vậy tình trạng làm việc
này không thể để xảy ra lâu dài. Nếu tình trạng này diễn ra qua lâu thì có thể
gây hỏng cách điện ở những chỗ cách điện yếu hoặc có thể gây cháy lập lòe,
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
10



gây chọc thủng các pha không chạm đất làm ngăn mạch giữa các pha, việc
khắc phục sự cố sẽ khó khăn hơn.
c) Đứt dây
Trong thực tế vận hành có thể gây hở mạch 1 hoặc 2 pha do đứt dây hoặc
đầu tiếp xúc của máy cắt điện bị hở gây nên chế độ vận hành không đối xứng
trong hệ thống điện. Chế độ này gây ảnh hưởng xấy tới các máy điện quay, tạo
ra từ thông thứ tự nghịch quay ngược chiều với rô tô với tốc độ tương đối bằng
2 lần tốc độ đồng bộ.Với vận tốc rất lớn này, nó làm xuất hiện trong thân rô tô

và cuộn dây dòng điện cảm ứng lớn đốt nóng rô tô và sta tô của máy điện quay.
Trong thực tế còn có những trường hợp vừa đứt dây vừa chạm đất là sự cố
phức tạp rất nguy hiểm cho đường dây.
d) Quá tải
Hiện tượng quá tải đối với các đường dây thường xuất hiện do đường dây
kép bị đứt dây gây tăng tải lên gấp đôi đối với đường dây còn lại. Nếu nhiệt độ
phát nóng quá mức cho phép thì đường dây có thể sẽ bị hỏng.
Một trong những nguyên nhân gây quá tải khác là phụ tải điện hoạt động
không đồng đều.Trên đồ thị phụ tải có hiện tượng phụ tải đỉnh ở những giờ cao
điểm trong ngày cộng thêm vào đó là việc lượng phụ tải điện tăng nhanh hơn
so với nhu cầu dự đoán trong thiết kế đường dây tải điện.
Cần chú ý phân biệt quá tải và ngắn mạch trong thiết bị thu nhận tín hiệu của
bảo vệ rơ le để rơ le tác động đúng.
e) Quá điện áp
Đây là hiện tượng điện áp đường dây tăng cao do đóng dòng điện không tải
hoặc do phụ tải ở phía cuối nguồn giảm thấp. quá điện áp có thể làm hỏng cách
điện trên đường dây. Từ đó nó có thể gây ra các hiện tượng ngắn mạch trong
mạng điện.
2.2. Các loại bảo vệ cho MBA và đường dây của mạng điện
đang thiết kế.
2.2.1. Bảo vệ cho máy biến áp.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
11

Máy biến áp trong đồ án có S
đmB1
=32MVA. Đây là máy biến áp loại
trung bình nhưng thuộc cấp 110kV. Do đó để bảo vệ máy biến áp này ta
dùng những bảo vệ dưới đây.
2.2.1.1. Bảo vệ chính.
a) Bảo vệ so lệch dọc có hãm
 Sơ đồ.

Hình 2.1. Sơ đồ bảo vệ so lệch có hãm

 Nguyên lý làm việc và vùng tác động.
Bảo vệ so lệch có hãm dùng 2 biến dòng đó là biến dòng làm việc BL và
biến dòng hãm BH. Dòng điện I
T1
và I
T2
phía sơ cấp được đưa vào các biến
dòng só lệch và biến dòng hãm để cuối cùng ta được dòng làm việc và dòng
hãm vào rơ le như sau:
. . .
1 2
LV T T
I I I
 

. . .
1 2
H T T

I I I
 


 Khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ
thì
. .
LV H
I I

nên bảo vệ sẽ không tác động.
 Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ
. .
LV H
I I

nên bảo vệ sẽ tác động.
 Trong trường hợp đồ án này thì bảo vệ máy biến áp chỉ có một nguồn
cung cấp nên khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì
. . .
1
LV H T
I I I
 
. Nên để bảo
vệ tác động được thì dòng làm việc phải chọn lớn hơn dòng hãm:
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
12



1
LV H H
I K I

 

Trong đó K
H
là hệ số hãm và thường chọn K
H
= 0,2÷0,5
Ta có sơ đồ đặc tính tác động của rơ le so lệch:

Hình 2.2. Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm.

Trong đó: K
1
= 0,25 là hệ số hãm có xét đến sai số của máy
biến dòng.
K
2
= 0,5 là hệ số hãm có xét đến sự bão hòa mạch từ
của máy biến dòng.
 Chọn thông số khởi động.

Do sai số của BI cùng với sự không đồng nhất của 2 BI mà lúc
bình thường cũng như khi ngắn mạch ngoài luôn tồn tại dòng ∆I
S

≠ 0, dòng điện này gọi là dòng không cân bằng. Do đó dòng khởi
động cho BI sẽ được chọn theo công thức sau:
max
kd at kcbtt
I k I 
Trong đó:
kd
I
- là dòng điện khởi động
at
k
- là hệ số an toàn.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
13



max
kcbtt
I - là dòng không cân bằng tính toán max.
Với:

max max max
kcbtt i dn kcb Nng
I f k k I
   

Trong đó
max
i
f
là sai số cực đại cho phép của BI
dn
k
- là hệ số đồng nhất của BI
kcb
k
- hệ số kể đến thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch
max
Nng
I - Thành phần chu kì của dòng ngắn mạch ngoài max.
Độ nhạy:
min
2
N
n
kd
I
K
I
 
thì đảm bảo độ nhạy cần thiết của bảo vệ

so lệch có cuộn hãm.
b) Bảo vệ rơ le khí.
 Nhiệm vụ:
Rơ le khí thường được dùng để bảo vệ bên trong các cuộn dây ngâm
trong dầu của máy biến áp.
 Nguyên lý hoạt động.
Rơ le khí được cấu tạo từ 2 quả phao đặt nổi trên dầu và có
gắn tiếp điểm thủy ngân.
Rơ le khí được đặt ở giữa thùng dầu chính và thùng dầu phụ
của MBA. Rơ le khí thường hoạt động ở 2 chế độ:
 Chế độ báo tín hiệu:
Khi bình dầu bị nóng lên (do quá tải), thì lượng khí
thoát ra trong thùng MBA chính sẽ đi lên rơ le khí đẩy quả
phao thứ nhất xuống làm tiếp điểm đóng và sẽ đi báo tín
hiệu để người vận hành biết và giải trừ khí ra ngoài.
 Chế độ đi cắt máy cắt:
Khi có chạm chập giữa các vòng dây trong rơ le khí thì
dòng dầu trong rơ le với một áp xuất lớn do hiện tượng
chạm chập gây nên sẽ phụt mạnh lên rơ le khí đẩy quả
phao thứ 2 xuống, đồng thời tiếp điểm đóng lại và đưa tín
hiệu đi cắt máy cắt.
 Vùng tác động:
Rơ le khí tác động với các sự cố xảy ra bên trong thùng máy
biến áp.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page

14



c) Bảo vệ chống chạm đất MBA
 Sơ đồ

Hình 2.3. Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất qua dây nối đất của MBA

 Nguyên lý hoạt động
Dùng 1 BI nối vào 2 dây trung tính trực tiếp nối đất phía sơ và
thứ của MBA. Dòng điện lấy từ dây trung tính nối đất chính là
dòng 3I
0
. Dòng điện này được đưa vào rơ le dòng thứ tự không.
Bình thường dòng chạm đất I
0
= 0. Nhưng khi xảy ra chạm đất
MBA thì dòng thứ tự không 3I
0
≠ 0 và tín hiệu đưa đến rơ le
dòng thứ tự không. Và rơ le sẽ tác động báo tín hiệu đi cắt máy
cắt.
 Thông số cài đặt.
Lúc bình thường khi không xảy ra sự cố, vì do sai số hoặc do
chế độ không đối xứng của mạch điện mà dòng điện thứ tự không
I
0
≠ 0. Dòng này chính là dòng không cân bằng I
KCB

. Do đó dòng
điện vào rơ le sẽ là:
0
3
R KCB
i
I
I I
n
 
, trong đó n
i
là tỷ số biến của máy biến dòng.
Do đó dòng điện khởi động của rơ le sẽ được tính theo công thức
sau:
kd at KCBStt
I k I 

Trong đo
KCBStt
I
được tính toán đối với trường hợp ngắn mạch ngoài
không chạm đất và cho dòng lớn nhất.
2.2.1.2. Bảo vệ dự phòng.
I
0
>
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
15



Để bảo vệ dự phòng cho MBA B1 trong đồ án này ta dùng bảo vệ quá
dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc.
 Sơ đồ.


Hình 2.4. Sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại cho MBA

 Nguyên lý làm việc và vùng tác động.
Bảo vệ quá dòng làm việc theo nguyên lý quá dòng điện. khi
có ngắn mạch trên máy biến áp hoặc trên đường dây thì dòng
ngắn mạch I
N
sẽ thông qua máy biến dòng BI sẽ nhận được dòng
điện đầu ra ở phía thứ cấp I
T
đi vào rơ le quá dòng I>
Và dòng I
T
> I
kđ
→ rơ le sẽ đóng tiếp điểm và đi báo tín hiệu
tới máy cắt 1MC để cắt.
 Thông số khởi động của rơ le.

Dòng khởi động của rơ le sẽ được tính theo công thức:
max
at mm sd
kd lv
tv i
k k k
I I
k n
 
 


Trong đó:
at
k
- Hệ số an toàn.
mm
k
- Hệ số mở máy.
sd
k
- Hệ số sơ đồ.
max
lv
I - Dòng làm việc cực đại.
tv
k
- Hệ số trở về
i
n

- Tỷ số biến của biến dòng.
 Độ nhạy:
min
N
nh
kdI
I
k
I


Trong đó
min
N
I
- là dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở cuối vùng
bảo vệ.
kdI
I
- là dòng khởi động của ngắn mạch.
B1
I>
1MC BI
HT
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page

16



Do trường hợp này ta chọn bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc
nên thời gian tác động của bảo vệ nhanh hay chậm phụ thuộc vào dòng điện
ngắn mạch. Việc đặt thời gian cho bảo vệ có sự phối hợp với các bảo vệ lân
cận.
2.2.1.3. Bảo vệ chống quá tải.
Trong MBA thường xảy ra hiện tượng quá tải, khi đó dầu trong máy biến
áp cũng nóng lên cao. Để bảo vệ MBA trong trường hợp này ta sử dụng bảo
vệ quá dòng với rơ le quá dòng I≥ và bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ. Cả 2
loại bảo vệ này tác động đi báo tín hiệu cho người vận hành biết và khởi
động hệ thống làm mát
 Bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ:
Bảo vệ này sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để chống quá tải và
tăng nhiệt độ. Khi nhiệt độ trong máy biến áp tăng qua mức thì tùy
theo mức tăng nhiệt độ mà sẽ có nhiều cấp tác động khác nhau: Cảnh
bảo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của
không khí hoặc dầu, giảm tải MBA. Nếu các cấp tác độ này không
mang lại hiệu quả mà nhiệt độ MBA vẫn vượt quá giới hạn cho phép
và quá thời gian quy định thì MBA sẽ được cắt ra khỏi hệ thông,
2.2.2. Bảo vệ cho đường dây.
Vì đây là đường dây trung áp với cấp điện áp U=22kV mạch vòng nên ta
sử dụng bảo vệ dòng điện cực đại có đặt bộ phận định hướng công suất, bảo
vệ cắt nhanh để nâng cao độ nhạy của bảo vệ đồng thời làm bảo vệ dự
phòng cho bảo vệ dòng điện cực đại. Do phía hạ trạm biến áp của đường
dây 22kV có nối đất trực tiếp nên dòng chạm đất trong trường hợp này biến
thành dòng ngắn mạch và có trị số lớn. Do đó ta không cần thiết phải sử
dụng bảo vệ dòng thứ tự không cho mạng điện này. Chúng ta cũng không

sử dụng bảo vệ so lệch ngang hoặc bảo vệ khoảng cách cho mạch đường
dây này vì nó tương đối phức tạp và tốn kém về kinh tế. Nó chỉ thường
được áp dụng đối với đường dây cấp cao áp và siêu cao áp.
2.2.2.1. Bảo vệ dòng điện cực đại có hướng.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
17



 Sơ đồ

Hình 2.5. Sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại có định hướng công suất.
 Nguyên lý
Bảo vệ này dùng rơ le dòng điện cực đại I> và rơ le công suất W như hình
trên. Chỉ khi đảm bảo cả 2 điều kiện đó là:
Dòng ngắn mạch lớn hơn dòng khởi động của rơ le.
Chiều của dòng công suất ngắn mạch đúng với chiều của rơ le định hướng
công suất.
Lúc này bảo vệ mới khởi động đưa tín hiệu đi cắt máy cắt. bảo vệ này làm
việc đảm bảo trong mạch điện vòng nhằm duy trì tính chọn lọc của bảo vệ dòng
điện cực đại trong mạng điện kín. Trường hợp này ta chọn bảo vệ dòng điện
cực đại có đặc tính thời gian phụ thuộc nhằm tăng nhanh thời gian cắt ngắn
mạch ở đầu nguồn. Đảm bảo được tính cắt nhanh của bảo vệ. Ta chọn đường
cong với độ dốc chuẩn để cài đặt đặc tính cho bảo vệ.
 Thông số của bảo vệ.

Dòng điện khởi động của bảo vệ giống như trường hợp của MBA
Để cài đặt thời gian cho bảo vệ ta phải dựa vào thông số cài đặt của bảo vệ
lân cận và lấy cấp chọn lọc ∆t = 0,3 s. Đồng thời vì là bảo vệ quá dòng có đặc
tính thời gian phụ thuộc nên ta cần chú ý tời đường cong với độ dốc chuẩn.
Thời gian tác động thực tế của bảo vệ được xác định theo công thức:
0,02
0,14
1 1
td d d
n
k
t t t
m m
 
 

Trong đó:
d
t
- Là thời gian đặt
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
18

m – Là bội số dòng điện ,
dR
I
m
I


k,n - Là hệ số phụ thuộc vào họ đường cong. Trường hợp này với
đường cong có độ dốc chuẩn thì k = 0,14 và n = 0,02.
2.2.2.2. Bảo vệ cắt nhanh.
 Sơ đồ.

Hình 2.6. Sơ đồ bảo vệ cắt nhanh.

 Nguyên lý làm việc
Bảo vệ cắt nhanh khác bảo vệ dòng điện cực đại ở chỗ loại bảo vệ này có
thông số cài đặt phụ thuộc vào dòng ngắn mạch ngoài cực đại mà không phụ
thuộc vào dòng làm việc max. Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ L
CN
thì
dòng ngắn mạch I
N
> I
kđ
lúc này bảo vệ sẽ tác động ngay lập tức không thời
gian. Do chọn dòng khởi động theo dòng ngắn mạch ngoài cực đại nên bảo vệ
cắt nhanh chỉ tác động trong vùng bảo vệ của mình mà không tác động sang
vùng bảo vệ của đường dây khác. Do đó tính chọn lọc của bảo vệ cắt nhanh rất
cao.
 Thông số cài đặt và vùng tác động.

Dòng điện khởi động của bảo vệ cắt nhanh được tính theo công thức
sau:
max
kd at Nng
I k I
 

Trong đó:
at
k
- Hệ số an toàn.
max
Nng
I - Dòng ngắn mạch ngoài cực đại.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
19



Do có hệ số an toàn và cũng như để đảm bảo tính chọn lọc nên vùng tác
động động của bảo vệ không bao chùm toàn bộ đường dây. Nó thường chiếm
từ 70÷80% đường dây khi phụ tải cực đại- đoạn
max
CN
L

như hình vẽ. Khi phụ tải
giảm thì vùng tác động của bảo vệ còn xuống thấp hơn nữa. Khi phụ tải min thì
vùng tác động chỉ còn 30÷40% đường dây cần bảo vệ - đoạn
min
CN
L
.


Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
20



PHẦN B: TÍNH TOÁN

Chương 3:
Tính toán ngắn mạch
3.1. Tính toán thông số điện kháng của lưới điện.
Chọn S
cb
=100MVA, U
cb
=U
tbcc

→U
cb_110
=115kV; U
cb_22
=22kV
a) Điện kháng của hệ thống.
 Khi phụ tải cực đại
max
d
100
0,7 0,007( )
10000
cb
HT HTdm
HT m
S
X X pu
S
  
;
Điện kháng thứ tự không:
0
1,2 1,2 0,007 0,0084( )
HT HTdm
X X pu
   
 Khi phụ tải cực tiểu
min
1,8 1,8 0,007 0,0126( )
HT HTdm

X X pu
   

b) Điện kháng của MBA.
 Khi phụ tải cự đại.
1max
1
10,5 100
0,328( )
100 100 32
N cb
B
dmB
U S
X pu
S
    

Điện kháng thứ tự không:
10 1max
0,328( )
B B
X X pu
 
 Khi phụ tải cực tiểu
1min 1max
0,328( )
B B
X X pu
 

c) Điện kháng của đường dây.
Số thứ tự sinh viên: 42
Chiều dài của các lộ đường dây:
L
1
=25km; L
2
= L
2
+ stt×1= 20 + 2 = 22 km; L
3
= L
3
+ stt×1= 18 + 2 =
20 km.
Điện kháng:
1max 1 0 1
2 2
100
25 0,38 1,962
22
cb
L L
cb
S
X L X pu
U
      

2max 2 0 2

2 2
100
22 0,38 1,727
22
cb
L L
cb
S
X L X pu
U
      

3max 3 0 3
2 2
100
20 0,38 1,570
22
cb
L L
cb
S
X L X pu
U
      

Ta chia mỗi đoạn đường dây ra làm 4 phần bằng nhau và đi tính điểm ngắn
mạch tại các điểm chia đều trên đường dây đó. Ta có sơ đồ cá điểm tính ngắn
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
21



mạch như hình vẽ :


Hình 3.1. Sơ đồ các điểm cần tính ngắn mạch của mạng điện.

Định hướng mạch vòng theo 2 chiều:
 Chiều thuận : Theo chiều từ máy cắt 3MC÷5MC÷7MC
 Chiều nghịch : Theo chiều từ máy cắt 8MC÷6MC÷4MC
Ta có điện kháng đến các điểm ngắn mạch theo từng chiều cho trong
bảng:
Bảng 3.1.Điện kháng của đường dây đến các điểm ngăn mạch theo
chiều thuận.
Điểm ngắn
mạch
Điện kháng thứ
tự thuận; pu
Điện kháng thứ
tự không; pu
N1 0 0
N2 0,4905 1,4715
N3 0,9810 2,943
N4 1,4720 4,416
N5 1,9620 5,886

N6 2,3940 7,182
N7 2,8260 8,478
N8 3,2570 9,771
N9 3,6890 11,067
N10 4,0820 12,246
N11 4,4740 13,422
N12 4,8670 14,601

Bảng 3.2. Điện kháng của đường dây đến các điểm ngắn mạch theo
chiều nghịch
1MC
HT
2MC 8MC 7MC
3MC 6MC MC_PT2
4MC
5MC
MC_PT1
L1
L2
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
N8
N10N11N12
N9
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
22



Điểm ngắn
mạch
Điện kháng thứ
tự thuận; pu
Điện kháng thứ
tự không; pu
N1 0 0
N12 0,393 1,179
N11 0,785 2,355
N10 1,178 3,534
N9 1,57 4,71
N8 2,002 6,006
N7 2,434 7,302
N6 2,865 8,595
N5 3,297 9,891
N4 3,788 11,364
N3 4,278 12,834
N2 4,769 14,307

3.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch
3.2.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1.

3.2.1.1. Khi hệ thống cực đại
Sơ đồ ngắn mạch thứ tự thuận:

Hình 3.2. Sơ đồ tính ngắn mạch tại điểm N1 thứ tự thuận
Sơ đồ ngắn mạch thứ tự nghịch giống với thứ tự thuận.

Hình 3.3. Sơ đồ tính ngắn mạch tại điểm N1 thứ tự nghịch
Sơ đồ ngắn mạch thứ tự không:

Hình 3.4. Sơ đồ tính ngắn mạch tại điểm N1 thứ tự không
Xht
0,007
Xb1
0,328
HT
N1
Xht
0,007
Xb1
0,328
HT
N1
Xht
0,0084
Xb1
0,328
HT
N1
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
23



Ta có:
Điện kháng thứ tự thuận:
1
1 0,007 0,328 0,335
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự nghịch:
2
1 0,007 0,328 0,335
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự không:
0
1 0,0084 0,328 0,336
X Xht Xb pu

    

Dòng ngắn mạch 3 pha ở đơn vị có tên là khi phụ tải hệ thống max
(3)
max
1
1 100
7,834
0,335
3 3 22
cb
N
cb
SE
I kA
X
U

    



3.2.1.2. Khi hệ thống cực tiểu
Sơ đồ ngắn mạch thứ tự thuận, nghịch, không lần lượt như sau:

Hình 3.5. Sơ đồ thay thế ngắn mạch tại N1 thứ tự thuận, nghịch, không khi HTmin
Điện kháng thứ tự thuận:
1
1 0,0126 0,328 0,341
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự nghịch:
2
1 0,0126 0,328 0,341
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự không:
0
1 0,0084 0,328 0,336
X Xht Xb pu

    

Dòng ngắn mạch 2 pha ở đơn vị có tên là:
 
2
(2)
1 2
1 100
3 6,665
0,341 0,341
3 3 22
cb
Nmim
cb
SE
I m kA
X X
U

 
    
 


Xht
0,0126
Xb1
0,328
HT
N1
Xht
0,0126
Xb1
0,328
HT
N1
Xht
0,0084
Xb1
0,328
HT
N1
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page
24

3.2.2. Tính toán dòng điện ngăn mạch tại cái điểm khác nhau trên đường dây
3.2.2.1. Khi hệ thống max:
Với trường hợp này ta chỉ đi tính dòng ngắn mạch 3 pha N
3
vì dòng ngắn mạch 3
pha là lớn nhất.
 Đối với điểm N2:
Dựa vào bảng tính toán điện kháng 3.1 và bảng 3.2. Ta sẽ có sơ đồ thứ tự thuận
nghịch không như sau:
Sơ đồ tính ngắn mạch 3 pha như sau:

Hình 3.6. Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch 3 pha N
(3)
tại điểm N2.
X1 và X2 lần lượt là điện kháng ngắn mạch tại điểm N2 theo chiều thuận và chiều
nghịch
Điện kháng tổng hợp sẽ là:
1 2
1 1
1 2
0,4905 4,769
0,007 0,328 0,78
0,4905 4,769
ht B
X X
X X X pu
X X



      
 
.
Dòng điện ngắn mạch 3 pha tại điểm N2 trong hệ đơn vị có tên là:
(3)
2
1
1 100
3,365
0,78
3 3 22
cb
N
cb
SE
I kA
X
U

    



Hình 3.7. Sơ đồ thay thế thể hiện dòng ngắn mạch theo chiều nghịch và thuận
Xht
0,007
Xb1
0,328

X1
0,4905
X2
4,769
N2
I
N2t
I
N2n
HT
Xht
0,007
Xb1
0,328
X1
0,4905
X2
4,769
N2
I
N2t
I
N2n
HT
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4




Page

25



Dòng ngắn mạch chạy theo chiều thuận là:
(3) (3)
2
2 2
1 2
4,769
3,365 3,051
0,4905 4,769
N t N
X
I I kA
X X
  
 

Dòng ngắn mạch chạy theo chiều nghịch là:
(3) (3)
1
2 2
1 2
0,4905
3,365 0,314
0,4905 4,769
N n N
X
I I kA

X X
  
 

 Đối với các điểm khác
Tính tương tự cho các điểm ngắn mạch khác trên đường dây ta được bảng sau:
Bảng 3.3.Dòng ngắn mạch 3 pha tại các điểm khác nhau trên đường dây.
Điểm
ngắn
mạch
X1;
Pu
X2;
pu
1
X

;
pu
(3)
Ni
I
;kA

(3)
Nit
I
; kA
(3)
Nin

I
;
kA
N2 0,4905 4,769 0,78 3,365 3,051 0,314
N3 0,9810 4,278 1,133 2,316 1,884 0,432
N4 1,4720 3,788 1,395 1,881 1,355 0,526
N5 1,9620 3,297 1,565 1,677 1,051 0,626
N6 2,3940 2,865 1,639 1,601 0,872 0,729
N7 2,8260 2,434 1,643 1,597 0,739 0,858
N8 3,2570 2,002 1,575 1,666 0,634 1,032
N9 3,6890 1,57 1,436 1,828 0,546 1,282
N10 4,0820 1,178 1,249 2,101 0,471 1,63
N11 4,4740 0,785 1,003 2,616 0,39 2,226
N12
4,8670 0,393
0,699 3,754 0,28 3,474

3.2.2.2. Khi hệ thống min:
Ta đi tính dòng ngắn mạch 2 pha khi hệ thống min
 Đối với điểm N2
Sơ đồ ngắn mạch thứ tự thuận là:

Hình 3.8. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận tính ngăn mạch tại điểm N2 khi HTmin
Xht
0,0126
Xb1
0,328
X1
0,4905
X2

4,769
N2
I
N2t
I
N2n
HT