Bài giảng chuyên đề bảo vệ dòng điện có hướng-DIRECTIONAL OVERCURRENT PROTECTION

DIRECTIONAL OVERCURRENT
PROTECTION
21 3
4
N
1
N
2
BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG
I. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
RW
RI
AND
MC
BI
BU
RT
C
D
B
A 1
2 3
4
5
6
7
8
21 3
4
Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ sử dụng thêm bộ phận
định hướng công suất, chỉ cho phép BV tác động khi công suất ngắn

mạch đi từ thanh góp đến đường dây.
Sơ đồ khối:
Voltage
Transformer
Directional
Power unit
Time
Relay
Current
Relay
I. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Khi ngắn mạch tại N
1
N
1
Công suất ngắn mạch qua BV2 từ thanh cái vào đường dây
I
R
=I
N1
và góc φ
R
=(U
R
, I
R
)=φ
1
.
II. PHẦN TỬ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT

1
ϕ
V
B
.
V
R
.
I
R
.
=I
N1
N
2
Công suất NM từ đường dây qua BV2 vào thanh cái. Với
chiều dương định trước thì I
R
= -I
N2
=φ
2
=φ
1
-180
0
.
II. PHẦN TỬ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT
Khi ngắn mạch tại N
2

V
B
V
R
.
.
I
R
.
ϕ
2
Hai trường hợp trên cho thấy góc φ
R
=(V
R
, I
R
) có thể nhỏ hơn
hoặc lớn hơn 90
0
do chiều của dòng điện ngắn mạch.
Rơle định hướng công suất làm việc trên cơ sở góc pha tương
đối giữa dòng và áp tại chỗ đặt bảo vệ. Có thể là đại đại lượng
dòng và áp toàn phần hay dòng và áp các thành phần thứ tự.
Để cho rơle làm việc đúng theo hướng mong muốn, quan sát sự
phân bố áp của các thành phần thứ tự khi có sự cố ngắn mạch
như sau:
II. PHẦN TỬ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT
Các thành phần thứ tự
∼∼∼

V
1
V
2
V
0
N
II. PHẦN TỬ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT
Do đó khi chọn và
nối sơ đồ của RW
phải lưu ý theo
chiều công suất của
dòng toàn phần hay
theo các thành phần
thứ tự.
90
0
-
α
ϕ
R
Vùng không
tác động
Vùng tác
động
U
R
2.1 Đặc tính làm việc của phần tử định hướng công suất.
90
0

+
α
α
ϕ
1
Đường có độ
nhạy cực đại
Vùng không tác
động
Vùng tác
động
R
Z
X
Đường có độ
nhạy cực đại
I
R
Cos (ϕ
R
+α)≥0
90
0
≥ (ϕ
R
+α)≥ -90
0
(90
0
- α) ≥ ϕ

R
≥ -(90
0
+α)
ϕ
R
:góc giữa véctơ dòng điện và điện áp
đưa vào rơle.
α: góc phụ của rơle tuỳ thuộc cấu trúc
của rơle
= - ϕ
nhmax
jx
R
2.1 Đặc tính làm việc của phần tử định hướng công suất.
Nếu một trong hai tín hiệu U
R
=0 hoặc I
R
=0 hay véc tơ I
R
nằm gần
biên giới tác động thì không đủ độ nhạy tác động hoặc tác động
nhầm.
Để khắc phục cần cho rơle làm việc với giá trị độ nhạy cực đại
ϕ
R
=ϕ
nhmax
. Khi đó chọn α = - ϕ

nhmax
. ở góc này rơle làm việc với độ
nhạy cao nhất
(90
0
- α) ≥ ϕ
R
≥ -(90
0
+α)
(90
0
+ ϕ
nhmax
) ≥ ϕ
R
≥ -(90
0
- ϕ
nhmax
)
Với ϕ
kđR
= ϕ
nhmax
Nếu I
kđR
=const thì U
kđR
=f(ϕ

R
)
Nếu ϕ
R
=const thì U
kđR
=f(I
kđR
)
90
0
- ϕ
nhmax
180
0
90
0
+ ϕ
nhmax
U
kđmin
≈ 0
U
kđmin
≈ 0
U
kđmin
≈ 0
U
kđ

ϕ
R
U
kđR
Sơ đồ 90
0.
Relay pha U
R
I
R
A U
bc
I
a
B U
ca
I
b
C U
ab
I
c
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
U
R
U
a
U
c U
b

I
a
U
bc
U
bc
90
0
Phase Relay U
R
I
R
A U
ac
I
ab
B U
ba
I
bc
C U
cb
I
ca
Sơ đồ 60
0
loại 1
U
a
U

c
U
b
U
ac
I
a
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
I
ab
U
ac
U
R
I
R
I
ab
60
0
Phase Relay U
R
I
R
A -U
c
I
a
B -U
a

I
b
C -U
b
I
c
-U
c
U
a
U
c U
b
I
a
Sơ đồ 60
0
loại 2
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
U
R
I
R
60
0
Phase Relay U
R
I
R
A U

ac
I
a
B U
ba
I
b
C U
cb
I
c
Sơ đồ 30
0

U
a
U
c U
b
I
a
U
ac
I
R
U
ac
U
R
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.

30
0
Ngắn mạch 3 pha đối xứng
Vùng tác
động
Vùng không tác
động
Thường thì 0<ϕ
N
<90
0

cho nên -90
0
<ϕ
R
<0
góc có độ nhạy max
90
0
<ϕ
3
R
= ϕ
nhmax
<90
0
,
0
0

< -ϕ
nhmax
<90
0
.
α=−φ
nhmax
I
R
=I
a
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
Nếu chọn α=45 thì
ϕ
3
R
=45
0
, phương của
véc tơ dòng điện trùng
với đường có độ nhạy
max, rơle làm việc
thuận lợi nhất
Dòng điện và điện áp tối thiểu
The RW only
operations when the
values of the voltage
and current is
greater than the
minimum value that

is zero in ideal
contition.
Vùng tác động
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
Ngắn mạch hai pha
Điều kiện làm việc của các rơle trong trường hợp này không
giống nhau. VD: N
BC
thì pha A không làm việc do I
a
=0.
Đối với rơle pha B có:
I
R
=I
b
, U
R
=U
ca
.
Đồ thị véctơ làm việc của
rơle pha B
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
2
N
ϕ
R
ϕ
α

α−
0
90
V
a
.
U
bc
.
U
R
= U
ca
. .
I
R
= I
b
. .
Vùng không
tác động
Vùng tác
động
α+
0
90
Đối với rơle pha C có: I
R
=I
c

,
U
R
=U
ab
.
Ngắn mạch 2 pha nên ϕ
2
R
là
góc giữa áp dây và dòng pha
Đồ thị véctơ làm việc của rơle pha C
Nếu α=45
0
thì véctơ I
R
nằm
trong vùng tác động chắc
chắn ở bất kỳ giá trị nào của
0≤ϕ
2
R
≤90
0
.
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
Ngắn mạch hai pha
V
a
.

V
R
= V
ab
. .
I
R
= I
c
. .
R
ϕ
α
Vùng không
tác động
Vùng tác
động
α−
0
90
Ngắn mạch một pha chạm đất trong mạng có
trung tính trực tiếp nối đất
Giả sử N
A
. Rơle pha A phải làm việc giống như NM 3 pha đối
xứng. Rơle pha B và C không làm việc. Do đó:
Sơ đồ 90 có thể làm việc tốt trong các trường hợp có sự cố cơ bản
như 30
0
≤ϕ

nhmax
≤60
0
. Tốt nhất là α=-φ
nhmax
=45
0
.
Vùng chết chỉ xảy ra khi NM 3 pha gần chỗ đặt bảo vệ U
R
≈0.
Khi NM 2 pha và 1 pha, do tác dụng của dòng tải và dòng sự cố.
Các rơle nối tiếp vào dòng pha không sự cố có thê tác động nhầm.
Khi NM không đối xứng sau MBA Y/∆, ∆/Y có thể làm bộ phận
định hướng công suất tác động sai
2.2 Sơ đồ nối rơle định hướng công suất RW.
III. BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG BA CẤP
1. Bảo vệ dòng điện có hướng cấp I
B
C
A 2
1
I
N
L
I
I
kđ1
BV có hướng cấp I: Là BV
cắt nhanh kèm bộ phận

định hướng công suất
I
kđ
=k
at
I
Nngmax
I
I
kđ2
I
I
kđ1
= k
at
I
NBmax
I
I
kđ2
= k
at
I
NAmax
I
I
kđ
=k
at
I

kcbmax
2. Bảo vệ dòng điện có hướng cấp II
Là bảo vệ cắt nhanh có hướng.
Việc chọn thời gian và dòng khởi động tương tự như trong
trường hợp cấp II không có hướng nhưng cần để ý hệ số phân
dòng k
pd
.
Khi B có rẽ nhánh, dòng khởi động cấp II tại A được chọn.
I
II
kđ1
= k
at
k
pdT
I
NT
21 3
4
A B C
N
T
I
NT
NA
pd
NT
I
k 1

I
= <
21 3
4
A B C
I
NA
I
NB
2. Bảo vệ dòng điện có hướng cấp II
NA
pd
NB
I
k 1
I
= <
Khi B có nguồn, dòng khởi động cấp II tại A được chọn.
I
II
kđ1
= k
at
.k
pd
.I
I
kđ3
I
II

kđ1
I
I
kđ1
I
NA
I
NB
3. Bảo vệ dòng điện có hướng cấp III
Là bảo vệ dòng điện cực đại có hướng. Dòng khởi động được
chọn theo điều kiện sau:
Phải trở về sau khi đã loại trừ NM ngoài:
I
kđ
> dòng điện các pha không hư hỏng.
Phải phối hợp độ nhạy với các BV lân cận.
Thời gian tác động được chọn lựa theo nguyên tắc bậc thang
K
at
.K
mm
K
tv
I
kđ
=
I
lvmax
t
6

t
4
t
3
t
1
t
5
∆t
∆t
∆t
∆t
21 3 4 5
6
t
2
t
1
>t
3
>t
5
t
6
>t
4
>t
2
3. Bảo vệ dòng điện có hướng cấp III
IV. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý:

Khi dùng rơle dòng điện BV hai đường dây song song cần thiết
phải đặt bộ phận định hướng ở tất cả các vị trí như hình sau
4.1 Hai đường dây song song
2
1
3 4
IV. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý:
Việc chọn bộ phận định hướng công suất tuỳ thuộc vào tỷ số dòng
điện chạy qua rơle ở hai đầu đường dây.
Cần bộ phận định hướng công suất đặt tại 1 nếu I
NM
tại N
1
, N
2
và
N
3
thoả:
I
N1max
≥0,25 I
N2min
; I
N1max
≥0,25 I
N3min
; I
lvmax ngược
≥0,25 I

lvmax thuận
.
4.2 Đường dây có hai nguồn cung cấp từ hai phía
21 3
4
N
1
N
2
N
3
I
lv ngược
I
lv thuận
I
N1
I
N2
I
N3