TIỂU LUẬN MÔN HỌC- BẢO VỆ ROLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

TIỂU LUẬN MÔN HỌC: BẢO VỆ ROLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

Họ và tên: ĐÀO QUANG HUY.
SHSV: B2ML13-3012

A. PHẦN CƠ BẢN:
1. So sánh giữa BU và BI dùng cho mục đích bảo vệ và dùng cho mục đích đo
đếm:
BU và BI dùng cho mục đích đo đếm có độ chính xác cao hơn (sai số nhỏ hơn) so
với BU, BI dùng cho mục đích bảo vệ.
Lĩnh vực áp dụng
Theo tiêu chuẩn
IEC
(Châu Âu)
VDC
(Đức)
ANSI
(Mỹ)
Lấy chuẩn dụng cụ đo và đồng hồ mẫu
0,1
0,1
0,3
Đo chính xác
0,2
0,2
0,3
Đo đếm điện năng
0,5
0,5
0,6
Đo lường công nghiệp các đại lượng U,I,P,Q

1
1
1,2
Mạch ampemet, vonmet, role quá dòng, quá áp…
3,5
3
1,2
Lõi từ dùng cho bảo vệ
5P,10P
5P,10P
C, T
Bảng 1.1: Cấp chính xác của BI và BU áp dụng cho các dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ.

2. Trình bày nguyên lý bảo vệ quá dòng có thời gian (51) và nguyên lý bảo vệ
quá dòng cắt nhanh(50):
2.1. 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. Quá dòng điện có thể xảy ra khi ngắn
mạch hoặc do quá tải. Nguyên lý quá dòng điện là một trong những nguyên lý được sử
dụng sớm nhất để bảo vệ các phần tử của hệ thống điện bằng cầu chì.
Đối với role quá dòng điện, dòng điện khởi động I
kđ
của bảo vệ được chọn theo
điều kiện:

I
N
> I
kđ

Trong đó:
I
lvmax
– dòng điện làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vệ.
k
mm
– hệ số mở máy (khởi động) của các phụ tải động cơ có dòng điện chay
qua chỗ đặt bảo vệ. Tùy theo tỷ lệ của phụ tải động cơ trong dòng điện tổng
đi qua chỗ đặt bảo vệ và loại động cơ được sử dụng mà hệ số k
mm
có thể lấy
khoảng 25.
k
at
– hệ số an toàn, thường lấy trong khoảng 1,1 (với role tĩnh và role số)
đến 1,2 (với role điện cơ).
k
tv
– hệ số trở về, khoảng 0,850,9 (với role điện cơ) và  1 (với role số).
I
Nmin
– dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho role còn khởi
động được. Khi xác định I
Nmin
cần lưu ý đến chế độ làm việc của hệ thống,
cấu hình của lưới điện, vị trí của điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch.
Sự nhạy cảm của role quá dòng đối với mức tăng dòng điện được đặc trưng bằng
hệ số độ nhạy:
kđ
N

n
I
I
k
min


2.2. Nguyên lý bảo vệ quá dòng có thời gian (51):
Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường được dùng làm bảo vệ chính cho các
máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho các máy biến áp có công suất
trung bình và lớn để chống lại các loại ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp.
Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha, ba pha và sự cố chạm đất. Bảo vệ
khi khởi động, dòng điện một pha, hai pha hoặc cả ba pha vượt quá một giá trị đã cài đặt
trước trong rơle. Có thể làm việc với thời gian trễ để đảm bảo tính chọn lọc.
Thời gian trễ có thể là độc lập hay phụ thuộc vào dòng điện. Vậy nên sẽ có hai đặc
tính thời gian tác động:
 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập. Khi khởi động thì thời gian
làm việc là không đổi:

Hình 2.1: Đặc tính độc lập của bảo vệ quá dòng cắt có thời gian

 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc. Thời gian làm việc phụ
thuộc tỷ lệ nghịch vào độ lớn của dòng ngắn mạch:

Hình 2.2: Đặc tính phụ thuộc của bảo vệ quá dòng có thời gian

Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn theo 2 điều kiện:
 Bảo vệ không được làm việc trong chế độ bình thường:
I
kđ

> I
lvmax

Trong đó: I
lvmax
: dòng làm việc cực đại (xảy ra trong chế độ quá tải)
Thường chọn: I
kđ
= k.I
dđ
Trong đó: I
dđ
: dòng danh định của phần tử được bảo vệ
k: hệ số chỉnh định (thường chọn k=1,5÷1,6)

 Bảo vệ phải đảm bảo được độ nhạy khi có ngắn mạch:








I
Nmin
: dòng ngắn mạch cực tiểu qua bảo vệ khi có sự cố trong miền bảo vệ.
I
lvmax
< I

kđ
< I
Nmin


Thời gian làm việc của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời
gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống. Thời gian làm việc có hai loại :
 Thời gian độc lập: Thời gian làm việc không phụ thuộc vào trị số dòng ngắn
mạch đi qua bảo vệ:
t
n
=max{t
n-1
}+Δt
t
n
: thời gian làm việc của bảo vệ thứ n
t
n-1
: thời gian làm việc của bảo vệ thứ n-1, xa nguồn hơn
Δt: sai số về thời gian làm việc của rơle và máy cắt.
 Thời gian phụ thuộc: thời gian làm việc phụ thuộc tỷ lệ nghịch với dòng ngắn
mạch đi qua bảo vệ. Có nhiều mức độ phụ thuộc khác nhau:
Theo IEC:
.
1
d
m
kd
A

tT
I
I






T
d
: đại lượng đặt (T
d
= const )
I, I
kd
: dòng điện qua rơle, dòng khởi động rơle
A, m: các hệ số
Có 3 mức phụ thuộc:
Dốc bình thường
Rất dốc
Cực dốc
Nguyên tắc phối hợp thời gian của các bảo vệ là các bảo vệ phải cùng khởi động
nhưng bảo vệ gần sự cố phải khởi động trước. Khoảng thời gian giữa bảo vệ trước và sau
là Δt =0,3 ÷ 0,6 giây.

2.3. Nguyên lý bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50):
Bảo vệ quá dòng điện pha cắt nhanh thường làm bảo vệ dự phòng chống ngắn
mạch. Nguyên tắc là đảm bảo tính chọn lọc bằng việc phân cấp dòng điện

Hình 2.3: Nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Sự cố tại phân đoạn nào thì chỉ bảo vệ của phân đoạn đó được phép khởi động.
Các bảo vệ không cần phối hợp thời gian.
Thời gian tác động đặt xấp xỉ 0 giây (thường là 50 ÷ 80ms)
Dòng khởi động tính theo công thức chung:


 

 


Trong đó:
I
NM ngoai vung max
: Dòng ngắn mạch ngoài vùng lớn nhất
K
at
: Hệ số an toàn, thường lấy K
at
=1,1 ÷ 1,2
Dòng ngắn mạch giảm dần khi điểm ngắn mạch càng xa nguồn.
Độ lớn dòng ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ vận hành của hệ thống.
Do không bảo vệ được toàn bộ đối tượng nên rơle 50 ( hay I >>) không dùng làm
bảo vệ chính.

3. Trình bày phương thức đo dòng điện thứ tự không và nguyên lý bảo vệ quá
dòng thứ tự không (51N):
3.1. Phương thức đo dòng điện thứ tự không:

Có 2 cách:
 Đo dòng tổng của 3 pha sau đó cộng lại.
 Đo ở trung tính của máy biến áp (nếu trung tính máy biến áp nối đất).
3.2. Nguyên lý bảo vệ quá dòng thứ tự không (51N):
Bảo vệ này dùng để chống lại các dạng ngắn mạch chạm đất ở các phía. Có thể
dùng loại có đặc tính thời gian phụ thuộc (tỷ lệ nghịch). Bảo vệ này sẽ tác động khi dòng
điện chạm đất chạy qua chỗ đặt bảo vệ vượt giá trị chỉnh định.
Tính toán dòng khởi động:
 Ở chế độ bình thường: về lý thuyết thì dòng qua rơle bằng 0. Nhưng do
sai số của các BI nên dòng qua các BI này sẽ khác 0. Do vậy, ta cần đặt
giá trị dòng cho rơle như sau:
51
(0,1 0,3).
kd N dm BI
II

 Ở chế độ sự cố: dòng điện qua các BI sẽ tăng gấp nhiều lần và khi đo
các rơle phải tác động.
Do có giá trị khởi động thấp nên bảo vệ có độ nhạy cao với các sự cố chạm đất.
Bảo vệ hoạt động với dòng thứ tự không do đó ta sẽ đặt cho các phía có dòng trạm
đất lớn ( phía có trung tính nối đất trực tiếp).
Các bảo vệ cũng cần phối hợp với nhau với khoảng thời gian:
Δt =0,3 ÷ 0,6 giây

4. Trình bày nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện và so lệch dòng điện có hãm:
4.1. Nguyên lý bảo vệ so lệch quá dòng điện:
Nguyên lý của bảo vệ so lệch là so sánh tổng dòng điện đi vào và đi ra của đối
tượng được bảo vệ. Khi tổng dòng điện này khác 0 thì bảo vệ tác động.

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch

Ở chế độ làm việc bình thường hay sự cố ngoài vùng, theo lý thuyết thì dòng so
lệch bằng 0, nhưng do sai số các BI nên giá trị này thường khác 0. Vậy nên cần đặt một
vùng trễ cho bảo vệ, nhưng cần cân nhắc vì nó sẽ làm giảm độ nhạy của bảo vệ.
Sự cố trong vùng (vùng giới hạn bởi các BI), dòng so lệch khác 0 (vượt ra khỏi
vùng chết) nên bảo vệ sẽ tác động.
Để hạn chế việc rơle có thể tác động nhầm do sai số BI khi ngắn mạch ngoại hay
chuyển đầu phân áp ta sẽ dùng bảo vệ so lệch có hãm.
4.2. Bảo vệ so lệch có hãm:
Hoạt động dựa theo tổ hợp của hai loại dòng điện so lệch I
sl
và dòng hãm I
h
.


Hình 4.2: Đặc tính bảo vệ so lệch có hãm

Sự cố ngoài vùng: dòng hãm có giá trị lớn còn dòng so lệch có giá trị nhỏ, do đó
bảo vệ không tác động.
Sự cố trong vùng: dòng hãm nhỏ còn dòng so lệch sẽ lớn, do đó bảo vệ sẽ tác
động.
Cần cân nhắc việc lựa chọn hệ số hãm không nên quá lớn vì nó sẽ làm giảm độ
nhạy của bảo vệ.
Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp ba cuộn dây được trình
bày như hình 4.3:
I
sl

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm, sử dụng rơle điện cơ

 Cuộn dây cao áp của máy biến áp nối với nguồn cấp, cuộn trung áp và cuộn hạ
áp nối với phụ tải. Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm
việc bình thường ta có:
1 2 3SSS
III
.
 Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng:
1 2 3
()
LV T T T
I I I I  

Có dòng điện hãm :
1 1 2H T T
I I I

13HT
II

 Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu
ứng hãm theo quan hệ:
1 2 3
()
H T T T H
I I I I K  

Trong đó: K
H
<0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.

 Ngoài ra, để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi
đóng máy biến áp không tải và cắt mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng
thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa I
HM
.
 Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực
hiện điều kiện:
H LV
II
.
Bảo vệ so lệch là chức năng bảo vệ chính dùng để bảo vệ máy biến áp khi có sự cố
ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ.

5. Trình bày nguyên lý bảo vệ khoảng cách:
Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có bộ phận cơ bản là bộ phận đo khoảng cách,
làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch. Thời gian làm việc
của bảo vệ phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp U
R
, dòng điện I
R
đưa vào phần đo lường
của bảo vệ và góc lệch φ
R
giữa chúng. Thời gian này tăng lên khi tăng khoảng cách từ
chỗ hư hỏng đến chỗ đặt bảo vệ. Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc
bé nhất. Vì thế bảo vệ khoảng cách về nguyên tắc đảm bảo cắt chọn lọc đoạn hư hỏng
trong các mạng có hình dạng bất kỳ với số lượng nguồn cung cấp tùy ý với thời gian
tương đối bé.
Người ta dùng role tổng trở làm bộ phận đo khoảng cách. Nó phản ứng trực tiếp
theo tổng trở, điện trở và kháng trở của đường dây (Z, R, X ). Tùy bộ phận khoảng cách

phản ứng theo Z, R, X người ta phân biệt khoảng cách loại tổng trở, điện trở hoặc kháng
trở. Bảo vệ khoảng cách được dùng thông dụng nhất là loại tổng trở.
Để đảm bảo tác dụng chọn lọc trong mạng điện phức tạp, người ta dùng bảo vệ
khoảng cách có hướng, chỉ tác động khi hướng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp đến
đường dây. Thời gian tác động của các bảo vệ theo cùng một hướng, được phối hợp với
nhau sao cho khi ngắn mạch ngoài phạm vi đường dây được bảo vệ, thời gian tác động
của bảo vệ lớn hơn một số cấp so với bảo vệ của đoạn bị ngắn mạch.
Sự phối hợp chính xác giữa các role khoảng cách trên hệ thống điện đạt được bởi
việc chỉnh định các vùng và thời gian tác động của các vùng khác nhau. Thông thường
bảo vệ khoảng cách sẽ gồm bảo vệ vùng I có hướng tức thời và một hoặc nhiều vùng có
thời gian trì hoãn. Các tầm chỉnh định và thời gian tác động cho 3 vùng bảo vệ khoảng
cách đặt tại máy cắt ở 2 đầu đường dây B, C được cho như hình 5.1:

Hình 5.1: Đặc tính thời gian/ khoảng cách cho ba vùng bảo vệ khoảng cách.

Thông thường vùng bảo vệ thứ nhất có thời gian tác động tức thời chiếm khoảng
80% chiều dài đường dây bảo vệ. Kết quả là còn 20% để đam bảo sai số role tránh tác
động mất chọn lọc đối với phần đường dây tiếp theo do những sai số của các BU, BI, dữ
liệu về tổng trở đường dây cung cấp không chính xác khi chỉnh định và đo lường của
role.
Phần còn lại của đường dây không được bao phủ với vùng I thì được bảo vệ bởi
bảo vệ có hướng cấp II có thời gian trì hoãn. Tầm chỉnh định vùng II của bảo vệ thông
thường bao phủ toàn bộ đường dây bảo vệ, cộng với 50% đường dây kế cận ngắn nhất
hay dài hơn 120% đường dây bảo vệ.
Thời gian trì hoãn của vùng II phải được chỉnh định để phân biệt với bảo vệ chính
của phần đường dây kế tiếp, bao gồm bảo vệ khoảng cách cấp I cộng với thời gian cắt
của máy cắt.
Bảo vệ dự trữ từ xa cho tất cả các sự cố trên đường dây kế cận thường được cung
cấp bởi bảo vệ cấp III có thời gian trì hoãn lớn hơn để phân biệt với bảo vệ vùng II cộng
với thời gian cắt của máy cắt. Vùng III có tầm chỉnh định phải ít nhất bằng 1,2 lần tổng

trở đường dây bảo vệ và tổng trở đường dây kế tiếp dài nhất. Bảo vệ dự trữ từ xa cấp III
đôi khi có một vùng bảo vệ ngược nhỏ (thường khoảng 20% phần đường dây được bảo
vệ) thêm vào với phần chỉnh định thuận của nó (đặc tính offset). Vùng bảo vệ dự trữ tại
chỗ này được cung cấp với thời gian trì hoãn để bảo vệ những sự cố thanh cái và những
sự cố ba pha gần thanh cái khi các bảo vệ khác không tác động được.

B. PHẦN ÁP DỤNG:


Hình B.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 110kV.

1. Tên gọi các chức năng bảo vệ được dùng trong sơ đồ:
2. Từng chức năng bảo vệ phát hiện được các dạng sự cố: (N
(1)
; N
(2)
; N
(3)
; N
(1,1)
;
báo chạm đất 1 pha)
Ta có bảng sau:






STT

Chức
năng


Tên gọi
Dạng sự cố có thể phát hiện được
N
(3)
N
(2)

N
(1)

N
(1,1)

Chạm đất
1 pha
(lưới
trung
tính cách
điện)
1
50
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
x

2
51
Bảo vệ quá dòng có thời gian
x
x
x
x

3
49
Bảo vệ bằng role nhiệt
x
x
x
x

4
50BF
Bảo vệ chống hiện tượng máy cắt
hỏng
x
x
x
x

5
50N

Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt
nhanh đặt cho phía nguồn 110kV


x
x

6
51N
Bảo vệ quá dòng thứ tự không có
thời gian đặt cho phía có trung tính
nối đất


x
x

7
87N
Bảo vệ so lệch thứ tự không - áp
dụng với cuộn nối đất


x
x

8
87
Bảo vệ so lệch (bảo vệ chính)
x

x
x
x

9
51
Bảo vệ quá dòng có thời gian
x
x
x
x

10
50BF
Bảo vệ chống hiện tượng máy cắt
hỏng
x
x
x
x

11
51N
Bảo vệ quá dòng thứ tự không có
thời gian đặt cho phía có trung tính
nối đất


x
x

12
51
Bảo vệ quá dòng có thời gian
x
x
x
x

13
50BF
Bảo vệ chống hiện tượng máy cắt
hỏng
x
x
x
x

14
59N
Bảo vệ quá điện áp thứ tự không




x
15
ϴ˚
Bảo vệ theo nhiệt độ máy biến áp
x

x
x
x

16
63
Bảo vệ bằng role khí






Bảo vệ bằng role khí 63: dựa vào lượng khí bốc hơi qua rơ le để phát hiện sự cố.
Thường thì sự cố với MF nếu là ngắn mạch sẽ được role bảo vệ loại trừ rất nhanh cho nên
không kịp bốc hơi ra để bảo vệ bằng role khí 63 tác động. Bảo vệ bằng role khí 63 cài 2
mức là mức thấp để cảnh báo quá tải khi làm việc lâu, và mức 2 là có chạm chập bên
trong MBA sinh khí lớn nó sẽ gửi tín hiệu cắt MBA.

3. (STT 12: X = 1, Y=2) Khi xảy ra sự cố loại ngắn mạch 2 pha N
(2)
tại điểm N
3

thì các chức năng bảo vệ nào làm việc?
Ngắn mạch 2 pha tại điểm N
3
là ngắn mạch trong vùng của bảo vệ so lệch nên
chắc chắn chức năng bảo vệ so lệch 87 (số 8) sẽ tác động. Tuy nhiên đây là ngắn mạch
không chạm đất nên bảo vệ so lệch thứ tự không 87N (số 7) sẽ không nhìn ra sự cố và

không tác động. Chức năng bảo vệ quá dòng có thời gian 51 (số 2) cũng sẽ nhìn ra dòng
ngắn mạch và khởi động, tuy nhiên thời gian tác động của bảo vệ quá dòng có thời gian
51 đặt trễ (thường là >1s) nên sẽ làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ so lệch 87 (số 8) tác
động với thời gian xấp xỉ 0s.

4. Trong trường hợp các chức năng bảo vệ đó không tác động (bị hư hỏng) thì
chức năng bảo vệ dự phòng nào tác động?
Nếu bảo vệ so lệch 87 (số 8) mà bị hỏng thì bảo vệ quá dòng có thời gian 51 (số 2)
là bảo vệ quá dòng phía 110kV sẽ tác động.