Đồ án Thiết kế bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Môn học : BVRL trong HTĐ
Họ và tên:
Lớp : Đ
I. Đề tài
Tính toán bảo vệ cho lưới điện 22kV được cấp nguồn từ HTĐ thông qua MBA B1 như đề
bài.
Số liệu cho các sinh viên: STT - 21
II. Nội dung
1. Nhiệm vụ, các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le.
2. Các hư hỏng, tình trạng làm việc không bình thường của MBA và đường dây.
3. Các loại bảo vệ cho B1 và đường dây L1, L2, L3. Nhiệm vụ , sơ đồ, nguyên lý làm
việc, chọn thông số khởi động, vùng tác động của từng loại bảo vệ.
4. Tính toán các thông số khởi động cho bảo vệ so lệch dọc của MBA khi dùng
BIBH.
5. Tính toán các thông số cho bảo vệ dòng điện cực đại và cắt nhanh cho đường dây
L1, L2, L3. Chọn cấp chọn lọc cho bảo vệ
0,3t s
∆ =
.
6. Các vị trí cần đặt bảo vệ có hướng.
7. Vẽ sơ đồ bảo vệ rơ le cho MBA và đường dây L1, L2, L3 (khổ giấy A3)
III. Thời gian
Ngày giao đề tài :08/11/2013 ; Ngày hoàn thành : 08/12/2013.
Thông số tính toán:
( )
HT dm
S
MVA
*HT dm

X
0*
*
HT
HT dm
X
X
* min
*
HT
HT dm
X
X
α
=
1
( )
B
S
MVA
1
(%)
N B
U
−
1 1
( )
dmB
U
kV

2 1
( )
dmB
U
kV
8000 0,7 1,2 1,8 25 10,5 121 24,2
1
( )km
L
0 1
( / )
L
X
km
−
Ω
2
( )km
L
0 2
( / )
L
X
km
−
Ω
3
( )km
L
0 3

( / )
L
X
km
−
Ω
1 ax
( )
PT m
S
MVA
2 ax
( )
PT m
S
MVA
1
cos
PT
ϕ
2
cos
PT
ϕ
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 1
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
18 0,38 12 0,38 14 0,38 8 10 0,9 0,85
- Lưới điện 22kV có điện kháng thứ tự không đường dây:
0 1
3.X X

=
- Tính ngắn mạch theo phương pháp gần đúng :
110
115( )
tb
U kV
−
=
,
22
22( )
tb
U kV
−
=
- Số liệu dùng cho sinh viên:
1
39( )L km
=
,
3
35( )L km
=
Bài làm:
1. Nhiệm vụ, các yêu cầu cơ bản của bảo vệ Rơ le.
- Nhiệm vụ của bảo vệ Rơ le:
- Nhận biết sự cố và chế độ làm việc không bình thường của phần tử bảo vệ
- Nhanh chóng tác động cắt các phần tử bị sự cố ra khỏi HTĐ
- Tác động tới các cơ cấu khác như tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự phòng để
duy trì chế độ làm việc bình thường của phần còn lại của HT không bị sự cố cũng

như phần tử bị sự cố thoáng qua.
 Như vậy: bảo vệ rơ le là một hệ thống điều khiển tự động đơn giản mà trong
quá trình vận hành không ngừng tiếp nhận các thông tin về trạng thái làm việc
của các phần tử trong hệ thống; xử lý thông tin và gửi lệnh tới các cơ cấu thừa
hành khi cần thiết để đảm bảo chế độ vận hành bình thường của HTĐ
- Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ Rơ le:
- Tính chọn lọc: đảm bảo chỉ cắt các phần tử bị sự cố và giữ nguyên vẹn cung cấp
điện cho các phần tử khác không bị sự cố.
- Tác động nhanh: sự cố cần loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế tối đa mức
thiệt hại do dòng ngắn mạch gây ra và giữ ổn định cho HTĐ.
- Độ nhạy : khả năng nhận biết phần tử bị sự cố với dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong
vùng bảo vệ. Bảo vệ phải tác động với các chế độ làm việc không bình thường dù
là nhỏ nhất trong HTĐ.
- Độ tin cậy : Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn khi
có sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ mà không được tác động sai hoặc không tác
động.
- Tính kinh tế : các bảo vệ phải thỏa mãn điều kiện kỹ thuật trước tiên, sau đó đảm
bảo điều kiện về kinh tế làm cho giá thành xây dựng mạng điện giảm xuống.
2.Các tình trạng làm việc không bình thường của MBA và đường dây.
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 2
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Đối với MBA.
- Ngắn mạch nhiều pha trên đầu cực và trong cuộn dây.
- Ngắn mạch giữa các vòng dây.
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất, vỏ
- Hiện tượng quá tải, tăng nhiệt độ dầu, mức dầu thấp, v.v…
- Đối với đường dây.
- Ngắn mạch nhiều pha, chạm đất 1 pha (mạng có dòng chạm đất bé).
- Chế độ làm việc quá tải, sụt áp
3.Các loại bảo vệ cho B1 và đường dây.

a) Bảo vệ cho MBA B1
• Bảo vệ MBA bằng Rơ le khí
- Nguyên lý làm việc:
Rơ le khí thường đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dãn dầu của máy
biến áp. Rơ le với cấp 2 tác động gồm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh
con có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ. Ở chế độ làm việc bình thường
trong bình rơ le đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơ le ở
trạng thái hở. Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn vì dầu nóng do quá tải), khí tập trung
lên phía trên của bình rơ le đẩy phao số 1 xuống, rơ le gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo.
Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch trong thùng dầu) luồng dầu vận
chuyển từ thùng lên bình dãn dầu xô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt
máy biến áp. Rơ le khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle hạ thấp do
dầu bị rò hoặc thùng biến áp bị thủng.
• Bảo vệ so lệch
- Nhiệm vụ của các bảo vệ : dùng làm bảo vệ chính trong MBA , kết hợp với bảo vệ
quá dòng trong một số trường hợp bảo vệ quá dòng không thể đáp ứng nhu cầu về
chọn lọc và độ nhạy.
- Sơ đồ của bảo vệ so lệch:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 3
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Nguyên lý làm việc: bảo vệ thực hiện dựa trên sự so sánh dòng theo đại lượng về
pha tại phía đầu và cuối của MBA được bảo vệ
1 2R T T
I I I I
= ∆ = −
. Trường hợp xảy
ra sự cố trong ở ngoài vùng bảo vệ thì giá trị
0
R
I I

= ∆ =
(giá trị dòng ở đầu và
cuối MBA có giá trị như nhau và đồng pha) =>Vậy bảo vệ không tác động.
Trường hợp sự cố xảy ra trong bản thân MBA (trong vùng bảo vệ) thì giá trị dòng
điện
1T
I
và
2T
I
khác nhau cả về chiều và cả trị số, nên
0
R
I I
= ∆ ≠
=> bảo vệ tác
động
• Bảo vệ dòng điện cực đại
- Nhiệm vụ : bảo vệ quá tải, chống ngắn mạch xảy ra trong MBA
- Sơ đồ : bảo vệ quá dòng điện 2 cấp (thời gian duy trì và cắt nhanh)
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 4
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Nguyên lý làm việc: bảo vệ chống ngắn mạch trong MBA và chống quá tải MBA
có thể thực hiện theo nguyên lý quá dòng điện (thời gian duy trì hay cắt nhanh).
Cấp thứ nhất, bảo vệ cắt nhanh, cấp thứ hai là bảo vệ quá dòng cực đại.
Khi giá trị dòng điện vượt qua ngưỡng tác động của I> thì bảo vệ tác động, gửi tín
hiệu tới RG trễ một khoảng thời gian
t
∆
nhờ rơ le Rt. Nếu dòng điện đạt giá trị

khởi động của I>> thì rơ le I>> gửi lệnh cắt tới RG, RG đóng tiếp điểm đi báo tín
hiệu và đi cắt MC.
• Bảo vệ thứ tự không cho MBA
- Nhiệm vụ: bảo vệ chống chạm đất, vỏ MBA và bảo vệ dự phòng cho mạng điện.
- Sơ đồ:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 5
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Nguyên lý làm việc: khi xảy ra ngắn mạch một pha trong MBA thì dây về của rơ
le thứ tự không xuất hiện dòng 3I
0
. Rơ le thứ tự không sẽ tác đông máy cắt sau
một khoảng thời gian trễ nhờ Rơ le thời gian Rt.
b) Bảo vệ cho đường dây
• Bảo vệ so lệch
- Nhiệm vụ: bảo vệ đường dây khỏi ngắn mạch nhiều pha, chạm đất.
- Sơ đồ của bảo vệ so lệch đường dây:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 6
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Nguyên lý làm việc : bảo vệ đường dây khỏi ngắn mạch nhiều pha, chạm đất. Bảo
vệ thực hiện dựa trên sự so sánh dòng theo đại lượng về pha tại phía đầu và cuối
của đường dây được bảo vệ
1 2T T
I I I
∆ = −
. Trường hợp xảy ra sự cố trong ở ngoài
vùng bảo vệ thì giá trị
0I
∆ =
(giá trị dòng ở đầu và cuối đường dây có giá trị như
nhau) =>Vậy bảo vệ không tác động.

Trường hợp sự cố xảy ra trên đường dây (trong vùng bảo vệ) thì giá trị dòng điện
1T
I
và
2T
I
khác nhau cả về chiều và cả trị số, nên
0I∆ ≠
=> bảo vệ tác động.
• Bảo vệ khoảng cách có hướng
- Nhiệm vụ: phát hiện và loại trừ sự cố xảy ra trên đường dây dựa vào giá trị tổng
trở tính từ vị trí đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch thay đổi theo khoảng cách.
- Sơ đồ: bảo vệ khoảng cách có đặc tính thời gian nhiều cấp.
- Nguyên lý làm việc: bảo vệ tác động khi xảy ra bất kỳ ngắn mạch nào trong vùng
bảo vệ chiều từ đường dây – thanh cái:
Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, 3RI và 4RW sẽ khởi động và khép tiếp điểm
của chúng, cực (+) của nguồn thao tác được đưa đến tiếp điểm của 5RZ, 6RZ và
đến cuộn dây của 7RT.
Nếu ngắn mạch xảy ra trong phạm vi vùng I, các role 5RZ, 8RGT sẽ khởi động
qua role 9
Th
sẽ đưa xung đi vắt 1MC với thời gian t
t
. Nếu xảy ra hư hỏng ở xa hơn
vùng II, role 5RZ không khởi động, các role 6RZ và 10RT tạo thời gian t
tt
của cấp
thứ II sẽ khởi động và cho xung đi cắt 1MC qua role 11
Th
. Khi ngắn mạch xa hơn

nữa trong vùng III, các role 5RZ và 6RZ sẽ không khởi động, 1MC bị cắt với thời
gian t
ttt
tạo nên bởi 7RT qua 12
Th
. Như vậy, trong sơ đồ đang xét bộ phận khoảng
cách không kiểm soát vùng III khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì bảo vệ
làm việc như theo bảo vệ dòng điện cực đại có hướng.
• Bảo vệ quá dòng có hướng
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 7
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Nhiệm vụ: bảo vệ đường dây khỏi ngắn mạch nhiều pha, chạm đất và quá tải.
- Sơ đồ: bảo vệ quá dòng điện có hướng (cắt có thời gian)
- Nguyên lý làm việc: khi đường đây bị quá tải hay ngắn mạch, bảo vệ quá dòng cực
đại tác động với thời gian duy trì sau đó đi tác động RG. Nếu dòng ngắn mạch lớn
thì bảo vệ có cắt nhanh, RG đóng tiếp điểm đi báo tín hiệu và gửi lệnh đi cắt MC.
III.1 Chọn thông số cho các bảo vệ.
• MBA
- Bảo vệ so lệch
Do những điều kiện không cân bằng cực đại có thể xảy ra , ta xác định theo
biểu thức:
ax 2 . . ax
( . . ).
kcbm a cl i dc i N ng m
I k k s U s I= + ∆ +
Trong đó:
dc
U
∆
: phần trăm điện áp điều chỉnh điện áp của MBA.

. . axN ng m
I
: dòng ngắn mạch cực đại ngoài vùng bảo vệ .
2i
s
: sai số do sự chênh lệch dòng thứ cấp giữa 2 BI.
2 2
2
2
I II
i
I
I I
s
I
−
=

2 2
,
I II
I I
: dòng thứ cấp phía cao và hạ của MBA

, ,
a cl i
k k s
: sai số do chế tạo và lắp đăt, BI
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 8
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương

a
k
: BI có dòng bão hòa từ nhanh

cl
k
: BI đặt ở 2 phía khác nhau của MBA

i
s
: sai số của BI
Dòng tính toán khởi động theo 3 điều kiện:
Bảo vệ không tác động khi đứt dây mạch nhị thứ
ax
.
kd tc lvm
I k I
=
Bảo vệ không tác động khi dòng từ hóa nhảy vọt (do lúc đóng MBA không tải).
(1,1 1,4).
kd dmBA
I I= ÷
Bảo vệ không tác động khi dòng không cân bằng cực đại
ax
.
kd tc kcbm
I k I
=
Dòng khởi động của bảo vệ so lệch:

d
.
kd s BI
kdRSL
i
I k
I
n
=
kd
I
: dòng khởi động tính toán lớn nhấttheo 3 điều kiện trên.
ds BI
k
: hệ số sơ đồ đấu BI phía thứ cấp
i
n
: tỉ số biến dòng điện của BI
Dòng điện thực tế cài đặt cho BVSL
.
dRSL i
kdSL
sdBI
I n
I
k
=
dSL
I
: dòng chỉnh định của Rơ le, chọn theo giá trị

kdRSL
I
với nấc gần nhất
phía trên.
Độ nhạy của bảo vệ:
(3)
.min
.
sd N
nh
kdSL
k I
k
I
=
Đặc tính khởi động của rơ le số 7UT512
Đoạn AB biểu thị dòng khởi động ngưỡng thấp của rơ le so lệch (thường có giá trị
trong khoảng I> = (0,15 – 2 ).I
dm
.
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 9
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
Đoạn BC biểu thị đặc tính có kể đến sai số của chính rơ le, sai số của BI và sai số
do sự điều chỉnh điện áp gây nên.
Đoạn CD biểu thị đặc tính phụ thuộc vào sự bão hòa của các BI
Đoạn DE biểu thị đặc tính khởi động ngưỡng cao của bảo vệ so lệch, có giá trị
trong khoảng I>> = (0,5 – 20 ).I
dm
Ngoài dòng ngắn mạch, các hiện tượng khác như dòng xung kích từ hóa MBA khi
đóng MBA không tải có thể dẫn tới rơ le tác động. Do đó, để bảo vệ không tác

động nhầm thì phải thêm chức năng khóa hay hãm. Chức năng khóa dòng xung
kích từ hóa MBA dựa trên thành phần song hài bậc 2 của dòng xung kích từ hóa
khi đóng MBA không tải thường khá lớn (khoảng 70% so với thành phần song cơ
bản ).
.100
SL
H
I
d
I
=
: độ dốc của đường đặc tính
dm
I
: dòng định mức của đối tượng bảo vệ.
;
SL H
I I
: dòng so lệch và dòng hãm (
(3)
2. /
H N dmBI
I I I
=
)
CS
I
: dòng hãm cơ sở
1
tan 0,15

α
=
;
2
tan 0,4
α
=
• Bảo vệ quá dòng cực đại
Bảo vệ MBA thực hiện theo 2 cấp: cắt có thời gian duy trì và cắt nhanh.
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 10
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
 Cấp thứ nhất là bảo vệ cắt nhanh với dòng khởi động được chỉnh định
theo dòng ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ lớn nhất đi qua MBA (thanh
cái sau MBA)
(3)
. . ax
.
kdI tc N ng m
I k I
>>
=
tc
k
: lấy bằng 1,2 – 1,3
Dòng khởi động của Rơ le.
.
.
sdBI
kdR CN kdI
i

k
I I
n
>>
=
Giá trị dòng điện thực tế mà bảo vệ cắt nhanh tác động:
.
i
kdCN dR
sdBI
n
I I
k
=
dR
I
:chọn theo nấc chỉnh định lớn hơn gần nhất với Rơ le cắt nhanh
.kdR CN
I
Tỷ lệ giữa vùng bảo vệ và vùng chết của bảo vệ lớn hơn 30% thì được coi là hiệu
quả.
100
% .( )
HT
ht
BA kdCN
E
m X
X I
= −

ht
X
:điện kháng của HT tính từ ngồn đến đầu vào MBA.
 Cấp thứ hai là cấp bảo vệ dòng điện cực đại.
Thời gian tác động của bảo vệ cấp 2 được xác định theo cấp thời gian đối thời gian
tác động lớn nhất của bảo vệ trước nó.
2 1. axm
t t t
= + ∆
Độ nhạy của bảo vệ không nhỏ hơn 1,5. Nếu không đủ độ nhạy thì ta kết hợp thêm
khóa bảo vệ kém áp RU< hoặc các bộ lọc thứ tự nghịch, không, v v…
• Đường dây L1, L2, L3
-Bảo vệ so lệch
Tính toán tương tự như các bảo vệ so lệch của các phần tử khác trong HTĐ,
điểm khác ở đây là do đường dây dài nên ta cần phải sử dụng hai bộ bảo vệ đặt
ở 2 đầu đường dây để mỗi bộ tác động với máy cắt của mình. Các bảo vệ này
liên lạc với nhau qua kênh thông tin như cáp quang , dây dẫn phụ hay kênh vô
tuyến v.v … .
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 11
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
-Bảo vệ khoảng cách
Bảo vệ khoảng cách đường dây với nhiều cấp và nhiều vùng tác động, các vùng
phía trước (tính từ thanh cái vào đường dây ) đóng vai trò dự phòng cho vùng kế
tiếp nó. Thường thì sơ đồ bảo vệ theo 3 cấp. Cấp 1 là bảo vệ chính, vùng tác động
thường chiếm 80 – 85% chiều dài đường dây cần bảo vệ. Chức năng chính của bảo
vệ cấp 2 là bảo vệ vùng chết và dự phòng cho bảo vệ cấp 1, còn bảo vệ cấp 3 làm
nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ cấp 1 và cấp 2 trễ 1 khoảng thời gian thích hợp.
Để đảm bảo điều kiện chọn lọc của bảo vệ thì giá trị tổng trở của bảo vệ vùng 1
phải nhỏ hơn tổng trở của dây dẫn được bảo vệ,
1

A AB
Z Z
<
Hay
1
.
I
A AB
Z k Z
=
1
k
: hệ số dự trữ, tính đến sự tác động không chính xác của bảo vệ và điện trở
quá độ của điểm sự cố, thường thì
1
0,8 0,85k
= ÷
Bảo vệ cấp 2 của đường dây AB và BC có cùng thời gian trễ
2 2A B
t t
=
, vì vậy để
đảm bảo chọn lọc cần phải có sự kết hợp theo điều kiện khởi động:
2 1
.( . )
II
A AB BC
Z k Z k Z
= +
Trong đó:

II
A
Z
: tổng trở khởi động của bảo vệ cấp 2 đường dây AB
BC
Z
: tổng trở của đường dây BC liền sau đoạn AB
2
k
: hệ số dự trữ,
2
0,7 0,8k
= ÷
Tương tự như vậy,tổng trở của bảo vệ cấp 3:
[ ]
2 2 1
. ( .( . )
III
A AB BC CD
Z k Z k Z k Z
= + +
Giá trị khởi động vùng 1 của bảo vệ A:
. 1
. . .
I I
i i
R A A AB
U U
n n
Z Z k Z

n n
= =
Ta chọn nấc chỉnh định gần nhất về phía dưới
.
I
d A
Z
và xác định được giá trị
thực mà bảo vệ tác động:
.
.
I I
i
kdA d A
U
n
Z Z
n
=
Hệ số nhạy của rơ le vùng 1 được xác định theo công thức sau:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 12
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
AB
nh
I
kdA
Z
k
Z
=

, độ nhạy yêu cầu không nhỏ hơn 1,2 – 1,3.
Vùng tác động:
• Bảo vệ quá dòng điện
Việc kết hợp bảo vệ dòng điện cực đại và cắt nhanh cho phép nâng cao hiệu quả
của các bảo vệ. bảo vệ I>> làm nhiệm vụ cắt nhanh ngắn mạch trong vùng cắt
nhanh của bảo vệ,
Dòng khởi động cắt nhanh
Bảo vệ không tác động (tính chọn lọc) khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thì
dòng khởi động phải lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài max
. . ax
.
kd tc N ng m
I k I=
. . axN ng m
I
: dòng ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ.
tc
k
: hệ số tin cậy.
Dòng điện khởi động của rơ le:
. . . ax
. .
sd
kdR CN tc N ng m
i
k
I k I
n
=
Căn cứ vào dòng điện khởi động của rơ le, ta chỉnh định giá trị gần nhất của bảo

vệ cắt nhanh
dR
I
. Giá trị dòng điện thực tế mà rơ le tác động:
.
dR i
kdCN
sd
I n
I
k
=
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 13
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
Vì bảo vệ không tác động khi ngắn mạch ngoài vùng tác động nên không cần xét
đến giá trị trở về
Độ nhạy của bảo vệ:
.minN
nh
kdCN
I
k
I
=
.minN
I
: giá trị dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ cắt
nhanh.
Hệ số nhạy phải có giá trị lớn hơn hoặc bằng 2
Dòng khởi động cắt có thời gian duy trì

Rơ le không tác động khi phụ tải cực đại
. axkd lv m
I I≥
Rơ le sau khi tác động phải trở về 1 cách chắc chắn hay giá trị dòng trở về phải lớn
hơn dòng làm việc ở chế độ sau sự cố
. .tv lv sau sc
I I
≥
Khi xảy ra ngắn mạch thì điện áp giảm thấp, động cơ ngừng quay, khi sự cố được
giải trừ thì động cơ bắt đầu mở máy. Vây dòng làm việc sau sự cố:
. . .max
.
lv sau sc mm lv
I k I
=
(hệ số mở máy
2 3,5
mm
k
= ÷
Vì giá trị dòng trở về phải nhỏ hơn giá trị dòng khởi động nên giá trị trở về phải
tin cậy, chắc chắn (
1,1 1,2
tc
k
= ÷
). Như vậy
. ax
. .
tv tc mm lv m

I k k I
=
tv
tv
kd
I
k
I
=
nên
tv
kd
tv
I
I
k
=
Thay vào ta được:
. ax
. .
tc
kd mm lv m
tv
k
I k I
k
=
Vì rơ le mắc gián tiếp qua BI, vì vậy giá trị khởi động của rơ le
.
kd

kdR sd
i
I
I k
n
=
sd
k
: hệ số sơ đồ mắc BI
i
n
: tỷ số biến dòng
Như vậy, dòng khởi động của rơ le xác định theo biểu thức:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 14
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
. ax
. . .
.
tc
kdR sd mm lv m
tv i
k
I k k I
k n
=
Sau đó ta chọn giá trị
dR
I
gần nhất với thang đo dòng điện phía trên.
Vậy giá trị thực tế mà bảo vệ tác động

.
dR i
kdI
sd
I n
I
k
>
=
Độ nhạy của bảo vệ:
.min .min
.
.
N N sd
nh
kdI dR i
I I k
k
I I n
>
= =
.minN
I
: dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở phía cuối vùng bảo vệ.
Giá trị cho phép của độ nhạy:
1,5
nh
k
≥
đối với bảo vệ chính và

1,2
nh
k
≥
đối với
vùng bảo vệ dự phòng.
Vùng tác động bảo vệ cắt nhanh:
Vùng tác động bảo vệ quá dòng:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 15
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương

4. Tính toán thông số cho bảo vệ so lệch dọc của MBA dùng BIBH.
Sơ đồ của bảo vệ:
Trước tiên, ta phải tính dòng ngắn mạch 3 pha tại thanh cái phía hạ của MBA.
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 16
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
Chọn
100 ;
cb cb tb
S MVA U U
= =
các cấp (115kV; 22kV)
Tính giá trị điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:
- Hệ thống:
ax
*
100
. 0,7. 0,0087
8000
m

cb
HT HTdm
HTdm
S
X X
S
= = =

;
ax ax
0
1,2. 1,2.0,0087 0,0104
m m
HT HT
X X= = =
min
*
100
1,8. . 1,8.0,7. 0,016
8000
cb
HT HTdm
HTdm
S
X X
S
= = =

;
min min

0
1,2. 1,2.0,016 0,0192
HT HT
X X= = =
- MBA
1
%
10,5 100
. . 0,42
100 100 25
N cb
BA
dmB
U S
X
S
= = =
Lập sơ đồ tính toán ngắn mạch ở chế độ cực đại:
1 2
0,0087
0,42
N
E
ax
1
0,0087
m
HT
X X
= =

;
2
0,42
BA
X X
= =
Biến đổi sơ đồ:
1 1 2
0,0087 0,42 0,4287X X X
Σ
= + = + =
Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N
(3)
ax
1
1 100
. . 1,171( )
0,4287
3.115
N m cb
E
I I kA
X
Σ
= = =
Lập sơ đồ tính toán ngắn mạch ở chế độ cực tiểu:
1 2
0,016
0,42
N

E
1' 2
0,016
0,42
N
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 17
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
1 2
0,0192
0,42
N
' min
1
0,016
HT
X X
= =
;
2
0,42
BA
X X
= =
Biến đổi sơ đồ:
'
1 1 2
0,016 0,42 0,436X X X
Σ
= + = + =
Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N

(3)
min
1
1 100
. . 1,151( )
0,436
3.115
N cb
E
I I kA
X
Σ
= = =
Ngắn mạch 2 pha
2
0,016 0,42 0,436X
Σ
= + =
;
2
0,436X X
Σ
∆
= =
;
(2)
3m
=
(2) (2)
min

1 2
1 100
. . 3. . 0,997 ( )
0,436 0,436
3.115
N cb
E
I m I kA
X X
Σ Σ
= = =
+ +
Chọn BI theo dòng định mức của MBA:
Ta đi xác định dòng định mức ở 2 phía của MBA.
3
1
1
25
.10 119,29( )
3. 3.121
dmBA
dm
dmB
S
I A
U
= = =
3
2
2

25
.10 596,44( )
3. 3.24,2
dmBA
dm
dmB
S
I A
U
= = =
Dựa vào giá trị dòng điện định mức, ta chọn
BI1 :
1
150
dmS
I A
=
;
1
5
dmT
I A
=
BI2 :
2
600
dmS
I A
=
;

2
5
dmT
I A=
Tỷ số biến dòng của các BI:
1
150
30
5
i
n
= =
;
2
600
120
5
i
n
= =
Chọn sơ đồ nối dây thứ cấp BI: vì MBA có tổ nối đây Y
0
/Y
0
-12 nên ta chọn sơ đồ đấu thứ
cấp BI hình sao đủ,
1
sd
k
=

,
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 18
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
Giá trị thực dòng điện thứ cấp của các BI là:
1
1
1
.
119,29.1
3,98( )
30
dm sd
T
i
I k
I A
n
= = =
;
2
2
2
.
596,44.1
4,97( )
120
dm sd
T
i
I k

I A
n
= = =
Ta nhận thấy giá trị thực dòng điện phía thứ cấp của BI2 quá lớn, nên ta chọn lại BI2
chọn BI2 có
2
750
dmS
I A
=
;
2
5
dmT
I A
=
;
2
750
150
5
i
n
= =
Giá trị thực dòng phía thứ cấp BI2 là:
2
2
2
.
596,44.1

3,98( )
150
dm sd
T
I k
I A
n
= = =
Sai số do sự chênh lệch dòng điện phía thứ cấp:
1 2
2
1
3,98 3,98
0
3,98
T T
i
T
I I
s
I
− −
= = =
Xác định giá trị dòng điện không cân bằng:
( )
(3)
ax 2 ax
. . .
kcbM a cl i dc i N m
I k k s U s I

= + ∆ +
Các BI chọn loại có dòng bão hòa từ nhanh nên
1
a
k
=
, các dòng ở hai phía khác nhau nên
1
cl
k =
, sai số của BI
0,1
i
s =
. Thay vào, ta được:
( )
3
ax
1.1.0,1 0 0 .1,171.10 117,1( )
kcbM
I A
= + + =
Dòng điện khởi động của bảo vệ:
.
kd tc kcb Max
I k I
=
, chọn
1,25
tc

k
=
. Thay vào ta được:
1,25.117,1 146,375( )
kd
I A
= =
Dòng điện khởi động của Rơ le:
2
.
146,375.1
0,976( )
150
kd sd
kdR
i
I k
I A
n
= = =
,
Chọn giá trị đặt cho rơ le:
1( )
dR
I A
=
Dòng điện thực tế của rơ le so lệch:
2
.
1.150

150( )
1
dR
kd SL
sd
I n
I A
k
= = =

Dòng điện hãm:
3
(3)
ax 2
1,171.10
2. / 2. 3,927 ( )
596,44
H Nm dm
I I I A
= = =
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 19
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
Ta kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:
(2)
3
min
0,997.10
6,647
150
N

nh
kd SL
I
k
I
= = =
>2
 (Thỏa mãn)
Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết.
5. Tính toán thông số khởi động cho bảo vệ dòng điện cực đại có hướng và cắt
nhanh có hướng cho đường dây L1, L2, L3. Cấp thời gian chọn lọc
0,3t s
∆ =
Phân tích đặc tính thời gian tác động của các bảo vệ trên sơ đồ, ta nhận thấy cần đặt
bộ phận định hướng công suất cho bảo vệ 4 và 7.
A'
MC3 MC4 MC5 MC6 MC7 MC8
S1
S2
N1
N2
N7
N3
N4
N8
N5
N6
A
• Tính toán dòng cưỡng bức trên các đoạn đường dây:
- Giả sử đứt đoạn L3( hoặc MC8 mở )

Dòng điện chạy trên đoạn L2:
3
2 ax
2
10.10
262,43( )
3. 3.22
PT m
L
dm
S
I A
U
= = =
Dòng điện chạy trên đoạn L1:
3
1 ax
1 2
8.10
262,43 472,37( )
3. 3.22
PT m
L L
dm
S
I I A
U
= + = + =
- Giả sử đứt đoạn L1( hoặc MC3 mở )
Dòng điện chạy trên đoạn L2:

3
1 ax
2
8.10
209,94( )
3. 3.22
PT m
L
dm
S
I A
U
= = =
Dòng điện chạy trên đoạn L3:
3
2 ax
3 2
10.10
209,94 472,37( )
3. 3.22
PT m
L L
dm
S
I I A
U
= + = + =
- Giả sử đứt đoạn L2( hoặc MC5, MC6 mở)
Dòng điện chạy trên đoạn L1:
3

1 ax
1
8.10
209,94( )
3. 3.22
PT m
L
dm
S
I A
U
= = =
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 20
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
Dòng điện chạy trên đoạn L3:
3
2 ax
3
10.10
262,43( )
3. 3.22
PT m
L
dm
S
I A
U
= = =
 Ta chọn
1 ax

472,37( )
L m
cb
I A
=
;
2 ax
262,43( )
L m
cb
I A=
;
3 ax
472,37( )
L m
cb
I A
=
• Chọn máy biến dòng điện BI cho các đoạn đường dây.
+ Đoạn L1
1 1max
472,37( )
L L
dmS cb
I I A≥ =
=> chọn BI có:
1
500( )
L
dmS

I A
=
;
1
5( )
L
dmT
I A=
Tỷ số biến dòng :
1
1
1
500
100
5
L
dmS
iL
L
dmT
I
n
I
= = =
+ Đoạn L2
2 2max
262,43( )
L L
dmS cb
I I A≥ =

=> chọn BI có:
2
300( )
L
dmS
I A
=
;
2
5( )
L
dmT
I A
=
Tỷ số biến dòng :
2
2
2
300
60
5
L
dmS
iL
L
dmT
I
n
I
= = =

+ Đoạn L3
3 3max
472,37( )
L L
dmS cb
I I A≥ =
=> chọn BI có:
3
500( )
L
dmS
I A
=
;
3
5( )
L
dmT
I A=
Tỷ số biến dòng :
3
3
3
500
100
5
L
dmS
iL
L

dmT
I
n
I
= = =
• Tính toán điện kháng các phần tử:
- Hệ thống
Chọn
100 ;
cb cb tb
S MVA U U
= =
các cấp (115kV; 22kV)
Tính giá trị điện kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản:
- Hệ thống:
ax
0,0087
m
HT
X
=
;
min
0,016
HT
X
=
;
ax ax
0

1,2. 1,2.0,0087 0,0104
m m
HT HT
X X= = =
;
min min
0
1,2. 1,2.0,016 0,0192
HT HT
X X= = =
- MBA
0,42
BA
X
=
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 21
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
- Đường dây
Giá trị điện kháng thứ tự thuận:

1 0
2
cb
i i
cb
S
X x L
U
=
Giá trị điện kháng thứ tự không :

0 1
3.
i i
X X
=
Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chê độ cực đại để tính toán thông số cài đặt
cho các bảo vệ, tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chế độ cực tiểu để xác định độ
nhạy của bảo vệ.
Để tính toán chế độ ngắn mạch không 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 không.
Ta tính toán ngắn mạch cho các điểm N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7 và N8 như hình
vẽ:
HT
MBA
A
B
C
N1
N2
N7
N3
N4
N8
N5
N6
Thông số chiều dài của các đoạn theo bảng sau:
Điểm ngắn mạch
theo chiều thuận

( A - A’)
Chiều dài (km)
Điện kháng thứ tự
thuận (X
1
)
Điện kháng thứ tự
không (X
0
)
N1
2.05 0.161 0.483
N2
38.95 3.058 9.174
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 22
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
N3
41.7 3.274 9.822
N4
52.4 4.114 12.342
N5
54.85 4.306 12.918
N6
88.15 6.921 20.763
N7
39 3.219 9.657
N8
53 4.161 12.483
Điểm ngắn mạch theo
chiều nghịch

(A’ - A)
Chiều dài (km)
Điện kháng thứ tự
thuận (X
1
)
Điện kháng thứ tự
không (X
0
)
N1
87.95 6.905 20.715
N2
51.05 4.008 12.024
N3
48.3 3.792 11.376
N4
37.6 2.952 8.856
N5
35.15 2.76 8.28
N6
1.85 0.145 0.435
N7
49 3.847 11.541
N8
35 2.905 8.715
- Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chê độ cực đại.
Sơ đồ thay thế cho điểm ngắn mạch tại N1:
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 23
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương

1 2
0,0087
0,42
N1
E
3
0,161
4
6,905
1 2
0,0087
0,42
N1
3
0,161
4
6,905
1 2
0,0104
0,42
N1
3
0,483
4
20,715
Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch
1 2
X X
=
3 4

1 2 1 2
3 4
.
0,586
X X
X X X X
X X
Σ Σ
= = + + =
+
;
0
0,902X
Σ
=
+) Ngắn mạch 3 pha đối xứng ( N
(3)
)

(3)
1
1
1 1
1,706
0,586
N
I
X
Σ
= = =

Trong hệ đơn vị có tên:
(3) (3) (3)
1( ) 1
100
1 1,706 4,478( )
3. 3 22
cb
N kA N
cb
S
I m I kA
U
= × × = × × =
×
+) Ngắn mạch 1 pha chạm đất N
(1)

Ta có:
2 0
0,586 0,902 1,488X X X
Σ Σ
∆
= + = + =
, m
(1)
= 3
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:
(1) (1)
1( )

1
1 100
3 3,796( )
0,586 1,488
3 3 22
cb
N kA
cb
S
E
I m kA
X X
U
Σ
∆
= × × = × × =
+ +
× ×
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 24
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE GVDH: Nguyễn Sỹ Chương
+) Ngắn mạch 2 pha N
(2)

Ta có:
2
0,586X X
Σ
∆
= =
, m

(2)
=
3
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:
(2) (2)
1( )
1
1 100
3 3,878( )
2 0,586
3 3 22
cb
N kA
cb
S
E
I m kA
X X
U
Σ
∆
= × × = × × =
+ ×
× ×
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại. Ta lập được bảng giá trị tính toán
ngắn mạch như sau:
Điểm
ngắn mạch
1
X

∑
0
X
∑
N
(1)
N
(3)
N
(2)
X
∆
(1)
m
(1)
( )
N
I kA
(3)
( )
N
I kA
X
∆
(2)
m
(2)
( )
N
I kA

N1
0.586 0.902 1.488 3 3.796 4.478 0.586
3
3.878
N2
2.163 5.634 7.797 3 0.79 1.213 2.163
3
1.051
N3
2.186 5.701 7.887 3 0.782 1.201 2.186
3
1.04
N4
2.147 5.587 7.734 3 0.797 1.222 2.147
3
1.059
N5
2.111 5.476 7.587 3 0.812 1.243 2.111
3
1.077
N6
0.571 0.856 1.427 3 3.94 4.596 0.571
3
3.98
N7
2.181 5.688 7.869 3 0.783 1.203 2.181
3
1.042
N8
2.139 5.562 7.701 3 0.8 1.227 2.139

3
1.062
- Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chê độ cực tiểu.
Tính toán tương tự,
min
0,016
HT
X
=
;
min min
0
1,2. 1,2.0,016 0,0192
HT HT
X X= = =
Điểm
ngắn mạch
1
X
∑
0
X
∑
N
(1)
N
(3)
N
(2)
X

∆
(1)
m
(1)
( )
N
I kA
(3)
( )
N
I kA
X
∆
(2)
m
(2)
( )
N
I kA
Phạm Thế Dũng _Đ5H4 Page 25