Hãy tính toán bảo vệ rơ le cho mạng điện

MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh của nền kinh tế nước ta đa thành phần cùng với sự hội
nhập quốc tế, do vậy đòi hỏi nhiều tiêu chuẩn, quy định, phương pháp, quy
trình công nghệ…để đáp ứng được sự phát triển phụ tải ngày càng đa dạng.
Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật, các công nghệ hiện đại là
hết sức quan trọng cho sự phát triển của đất nước.
Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều
kiện quạn trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư. Vì lí do đó khi lập kế
hoạc phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước
một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn
trước mắt mà còn dự kiến cho phát triển trong tương lai. Điều này đòi hỏi
phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinh hoạt.
Đặc biệt hiện nay theo thống kê sơ bộ điện năng tiêu thụ bởi các xí nghiêp
chiếm tỉ lệ cao.Điều đó chứng tỏ việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà
máy, xí nghiệp là một bộ phận của hệ thống điện khu vực và quốc gia, nằm
trong hệ thống năng lượng chung phát triển theo quy luật của nền kinh tế
quốc dân. Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển nên hệ thống cung
cấp điện xí nghiệp, nhà máy càng phức tạp bao gồm các lưới điện cao áp (35500kV), lưới điện phân phối (6-22kV), và lưới điện hạ áp trong phân xưởng
(220-380-600V).
Một phương án cung cấp điện hợp lý, các phương án bảo về mạng
điện.v.v… là phải kết hợp một cách hoài hoà các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật
hiện đại, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải đảm bảo
tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc
và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép.
Hơn nữa phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai.
Để thiết kế được thì đòi hỏi người kĩ sư phải có tay nghề cao và kinh
nghiệm thực tế, tầm hiểu biết sâu rộng vì thế thiết kế là một việc làm khó. Đồ
án môn học chính là một bài kiểm tra khảo sát trình độ sinh viên và giúp cho
sinh viện có vốn kiến thức nhất định cho công việc sau này.
Để hoàn bài tập lớn này ngoài sự cố gắng của bản thân em, em cũng xin
chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy Trần Quang Khánh và các

thầy cô khác đã giúp em hoàn thành bài tập lớn này.
1


MỤC LỤC
CHƯƠNG1. Thiết lập sơ đồ tính toán và tính toán ngắn mạch tại các điểm cần bảo vệ
rơle……………………………………………………………………….
4
1.1.Sơ đồ thay thế…………………………………………………….......

4

1.2.Tính toán ngắn mạch………………………………………………….

5

CHƯƠNG 2. Bảo vệ cho đường dây………………………………………...

9

2.1. bảo vệ quá dòng cho đường dây……………………………………...

9

2.2. bảo vệ khoảng cách cho đường dây………………………………………...

12

CHƯƠNG 3. Bảo vệ cho máy biến áp……………………………………………..

16

3.1. Bảo vệ quá dòng cho máy biến áp………………………………………….

16

3.2. Bảo về sai lệch cho máy biến áp……………………………………………

18

2


Bài toán: Hãy tính toán bảo vệ rơ le cho mạng điện 110KV gồm các đường dây và
trạm biến áp với sơ đồ trên hình 1. Máy biến áp mã hiệu TPДH, có công suất định
mức SnB (MVA), máy có bộ phận tự động điều chỉnh điện áp với ∆Udc= 10%. Tổ nói
của máy biến áp là Y/∆; hệ số tin cậy lấy bằng 1,3. Công suất ngắn mạch trên thanh
cái A của hệ thống là Sk.HT (MVA) . Dây dẫn thuộc loại ACO với tiết diện F, mm2,
khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn là a=5m, chiều dài của các đoạn dây l (km).
Tốc độ gió lớn nhất của môi trường xung quanh là ν (m/s), thời gian tác động của bảo
vệ nhanh nhất là t1= 0,03 s, phân cấp thời gian cho các bảo vệ tiếp theo là ∆t= 0,5s.
Dữ liệu bài toán được cho trong bảng 1.
Ghi chú: Dữ liệu trong bảng 1 được lấy theo hai số cuối của mã sinh viên.
Bảng 1: Dữ liệu bài tập dài Bảo vệ rơ le và Tự động hóa HTĐ
Chỉ số thứ nhất
Dữ liệu đường dây

N0
7
1

Chỉ số thứ hai
Công suất mba,
MVA

l0

F0

11

F1

l2

F2

l3

F3

77

240

47

240

73

240

52

185

SnB1

SnB2

SnB3

Sk.HT

ν

16

16

25

195
0

35

Hình 1. Sơ đồ mạng điện bài tập dài tính toán bảo vệ rơ le

3


CHƯƠNG 1: THIẾT LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH TOÁN VÀ TÍNH
TOÁN NGẮN MẠCH TẠI CÁC ĐIỂM CẦN CHO BẢO VỆ RƠLE
I.

SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.
- Sơ đồ thay thế tính toán là sơ đồ điện mà trong đó các phần tử của mạng
điện được thay bằng một tổng trở tương ứng, riêng máy phát và phụ tải được
thay bằng 1 điện trở và một suất điện động. Đối với sơ đồ thay thế tính toán
ngắn mạch ta chỉ cần quan tâm đến các phần tử có liên quan đến tính toán
ngắn mạch.
- Từ sơ đồ mạng điện đề bài ta có thể thay thế các phần tử như sau:
+) Nguồn cấp HT: EHT, XHT.
+) Đoạn dây AB : RAB ,XAB .
+) Đoạn dây BC : RBC , XBC .
+) Đoạn dây BD : RBD , XBD .
+) Đoạn dây BE : RBE , XBE .
+) Máy biến áp BA1: RBA1 , XBA1
+) Máy biến áp BA2: RBA2, XBA2
+) Máy biến áp BA3: RBA3 ,XBA3
- Các biểu thức tính toán điện trở được thực hiện trong hệ đơn vị có tên
được thực hiện ở dưới.

4


Hình 2. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

II.

1.

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Tóm lược về tính toán ngắn mạch
Các biểu thức tính toán điện trở được thực hiện trong hệ đơn vị có tên được
thực hiện ở dưới:
TT
1
2

Các phần tử
Hệ thống
Máy biến áp

Hệ đơn vị có tên
XHT=
RBA=
ZBA=

3

2.

Đường dây

XBA=
Rd=
Xd=

Tính toán ngắn mạch tại các điểm cần cho bảo vệ role.
Số liệu của các đoạn dây và máy biến áp cho trong bảng sau:

Đoạn dây

AB

BC

BD

BE
5


L, km
Dây dẫn
r0, Ω/km
x0, Ω/km

77
ACO.240
0,12
0,4
Mã hiệu

Máy biến áp

,kW

,%

47
ACO.240
0,12
0,4
TPДH.16000/11
0
85
10,5%

73
ACO.240
0,12
0,4
TPДH.16000/11
0
85
10,5%

52
ACO.185
0,17
0,406
TPДH.25000/11
0
90
10,5%

-Xác định dòng điện àm việc chạy trên các đoạn dây:

Căn cứ vào mã hiệu của máy biến áp có thể xác định dòng điện chạy trên các
đoạn dây:
+) Đoạn dây BC:

Tính tương tự cho các đoạn dây còn lại:
IBC =IBD = 83,978 (A)
IBE = 131,216 (A)
Dòng điện chạy trên đoạn dây AB bằng tổng các dòng điện của các đoạn dây
phía sau:

-Tính toán điện trở trong mạch:
+)Hệ thống: XHT= (Ω)
+) Đoạn dây:
Đoạn dâyAB : RAB = (Ω)
6


XAB =
+) Máy biến áp:
-Máy biến áp 1:
RBA1=(Ω)
ZBA1=79,4063 (Ω)
XBA1=(Ω)
Tính toán tương tự cho các đoạn dây còn lại ta đượckết quả như sau:
XBA1 = XBA2 = 79,304 (Ω)
XBA3 = 50,784

+) Điện trở ngắn mạch tính đến thanh cái B:
(Ω)
+) Dòng điện ngắn mạch ba pha tại điểm B:

(kA) 1665 (A)
+) Điện trở ngắn mạch tính đến thanh cái C:

(Ω)

+) Dòng điện ngắn mạch ba pha tại điểm C:
(kA) 1099 (A)

7


+) Điện trở ngắn mạch tính đến điểm K1:

(Ω)

+) Dòng điện ngắn mạch ba pha tại điểm K1:
(kA) 93,1 (A)

Vì điểm K1 ở sau máy biến áp nên điện áp đặt nên nó là điện áp thứ cấp của
máy biến áp. Nên U= 22 (kV).

Tính toán tương tự cho các đoạn dây còn lại kết quả ghỉ trong bảng kết quả ở dưới.
ZKB = 38,15 (Ω) ; IKB = 1665 (A)

Điểm ngắn mạch

Ik(3)(kA)

Zk(3)

B

1,665

38,15

C

1,099

57,76

D

1,234

42,765

K1

0,0931

136,429

K2

0,0956

125,76

K3

0,0973

118,34
8


CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY
BẢO VỆ QUÁ DÒNG CHO ĐƯỜNG DÂY

I.

Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là Sk.HT = 1950 (MVA), hệ
số tin cậy ktc = 1,3; hệ số mở máy trung bình kmm = 1,6; thời gian tác động của bảo
vệ nhanh nhất là t1= 0,03 (s), phân cấp thời gian cho các bảo vệ tiếp theo là ∆t= 0,5 (s).
a)

Bảo vệ quá dòng cực đại

-Căn cứ vào dòng làm việc trên các đoạn dây ta chọn máy biến dòng sao cho
dòng định mức sơ cấp lớn hơn dòng làm việc cực đại (II BI > Ilv MAX). Các máy biến
dòng được mắc theo sơ đồ hình sao có hệ số sơ đồ ksđ = 1 ; Dự đinh chọn rơle số
với hệ số trở về ktv = 0,98.
-Đối với bảo vệ A ta chọn máy biến dòng có dòng định mức sơ cấp
(A), dòng điện định mức thứ cấp (A)
(Vì dòng làm việc của bảo vệ A là IAB = 299,17 (A)). Từ đó suy ra hệ số biến dòng
là
-Dòng khởi động của rơle bảo vệ A là:
(A)

-Chọn rơle số với dòng đặt của rơle là (A)
-Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
(A) ;

-Độ nhạy của bảo vệ:

=)) Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết.
9


-Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc tin cậy của cuộn cắt:
(A)>
Như vậy máy biến dòng đã chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt.
-Xác định thời gian tác động của các bảo vệ:
+)Thời gian tác động của bảo vệ B1:
Bội số dòng ngắn mạch tại điểm B nơi bảo vệ A và bảo vệ B1cùng có thể tác
động:
Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn ta có thời gian tác động thực tế
của bảo vệ B1 khi có ngắn mạch tại điểm B:
(s)
Thời gian đặt của bảo vệ 1 lấy bằng 0,1 (s) (s)
+)Thời gian tác động của bảo vệ B2: tính như trên ta có kết quả :
(s)
Xác định độ phân cấp thời gian:
(s) (Đề bài đã cho)
Thời gian tác động của bảo vệ A khi có ngắn mạch tại điểm B:
(s)
Bội số dòng ngắn mạch của rơle bảo vệ A tại điểm ngắn mạch B:
Thời gian đặt của bảo vệ A:
(s)

Chọn (s)

b)

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
-Đối với đoạn dây AB:
10


Dòng khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định theodòng điện ngắn
mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ, tức theo dòng ngắn mạch tại điểm B:
(A)
Chọn rơle số với dòng đặt của rơle (A)
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là:
(A)
Độ nhạy của bảo vệ:

Để đạt được độ nhạy cần thiết với , bảo vệ cắt nhanh chỉ tác động với dòng ngắn
mạch là: (A)

Tỷ lệ vùng tác động cắt nhanh:
m% =
68,858 % >30% như vậy đảm bảo yêu cầu.

II.

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH CHO ĐƯỜNG DÂY

Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là Sk.HT = 1950 (MVA), hệ số
tin cậy ktc = 1,3; hệ số mở máy trung bình kmm = 1,6; thời gian tác động của bảo vệ

nhanh nhất là t1= 0,03 (s), phân cấp thời gian cho các bảo vệ tiếp theo là ∆t= 0,5 (s).
khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn là a=5m.Tốc độ gió lớn nhất của môi trường xung
quanh là ν = 35 (m/s).
11


- Vùng 1 của bảo vệ A:
Điện trở khởi động vùng I của bảo vệ A:
+) Xác định điện trở quá độ đoạn dây AB:
*) Vùng 1:

(Ω)
+) Điện trở khởi động của vùng I của bảo vệ A khi xét đến điện trở quá độ:
0,8.((Ω)

(Ω)
Chọn máy biến áp có (kV) và (V) , tức hệ số biến áp .
Điện trở khởi động của rơle:
(Ω)

(Ω)
Tổng trở khởi động của rơle:
= 2,014 (Ω)
Ta chọn tổng trở đặt của rơle là (Ω)

Tổng trở thực tế của bảo vệ khoảng cách sẽ là :
(Ω)

Độ nhạy của bảo vệ khoảng cách vùng I :

*) Vùng 2 của bảo vệ A:
12


Thời gian tác động của vùng 2: (s)
Trong số các đoạn dây phía sau đoạn AB đoạn BC có giá trị điện trở nhỏ nhất vì vậy
điện trở khởi động của vùng 2 của bảo vệ A được xác định:
)

(Ω)
Vậy (Ω)
(Ω)

Điện trở khởi động của rơle:
(Ω)

(Ω)

Tổng trở khởi động của rơle:
= 2,51 (Ω)

Ta chọn tổng trở đặt của rơle là (Ω)

*) Vùng 3 của bảo vệ A:

Trong số các tổng trở đến sau các máy biến áp (Ki) giá trị điện trở của nhánh dây A-K3 vì
vậy điện trở khởi động của vùng 3 được xác định:

= 0,7.(9,24+ 0,7.(8,84+0,5.14,342+0,8.7,13)(Ω)

13


= 0,7.(30,8+ 0,7.(21,112+0,8.121,34)(Ω)

Điện trở khởi động của rơle:
(Ω)

(Ω)

Tổng trở khởi động của rơle:
= 6,554 (Ω)
Ta chọn tổng trở đặt của rơle là (Ω)

CHƯƠNG 3 : BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP

THỰC HIỆN BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP

I.

1.

BẢO VỆ QUÁ DÒNG CHO MÁY BIẾN ÁP
•

Bảo vệ cắt nhanh :
*) Đối với máy biến áp 1 :
- Trước hết ta xác định dòng điện định mức ở hai phía của máy biến áp :
(A)
(A)

Dựa vào dòng điện định mức ta chọn các máy biến dòng bão hoà nhanh
(A), và dòng định mức thứ cấp là (A), vậy tỷ số biến dòng sẽ là :
14


Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn từ 1 trong 2 điều kiện
+) Lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài, (A)
=1,3.93,1= 121,03

-

+) Lớn hơn dòng đột biến từ hoá máy biến áp :
(A)
Do dòng nên dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn theo điều
kiện thứ 2 :
(A)
Dòng khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định theo biểu thức :
(A)
Chọn rơle với dòng đặt của rơle (A)
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh:
(A)
Tỷ lệ vùng tác động cắt nhanh

Vậy bảo vệ đảm bảo yêu cầu cần thiết
•

Bảo vệ cực đại :
-Căn cứ vào dòng làm việc trên các đoạn dây ta chọn máy biến dòng sao cho
dòng định mức sơ cấp lớn hơn dòng làm việc cực đại (II BI > Ilv MAX). Các máy

biến dòng được mắc theo sơ đồ hình sao có hệ số sơ đồ ksđ = 1 ; Dự đinh
chọn rơle số với hệ số trở về ktv = 0,98.
-Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được xác định theo biểu thức :,

15


2.

BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY BIẾN ÁP
a)

Phần lý thuyết :

b)

Phần tính toán :
*) Tính toán bảo vệ so lệch:

- Trước hết ta xác định dòng điện định mức ở hai phía của máy biến áp :
(A)
(A)
Dựa vào dòng điện định mức ta chọn các máy biến dòng bão hoà nhanh (A), và dòng
định mức thứ cấp là (A), vậy tỷ số biến dòng sẽ là :

Chọn sơ đồ nối dây máy biến dòng: vì sơ đồ nối dây của máy biến áp là nên ta chọn
sơ đồ nối dây của các máy biến dòng phía sơ cấp nối theo hình
Còn phía thứ cấp theo hình sao đủ (, như vậy hệ số sơ đồ phía sơ cấp sẽ là
, và phía thứ cấp là .
Giá trị dòng điện thứ cấp ở hai phía của máy biến áp ở chế độ định mức là:

(A)
(A)
Sai số do sự chênh lệch dòng điện phía thứ cấp:
(A)
Xác định dòng điện không cân bằng :

16


Các máy biến dòng bão hoà nhanh nên, các máy biến dòng ở hai phía khác
nhau nên = 1, sai số máy biến dòng , như vậy:

(A)
Dòng điện khởi động của bảo vệ:
Dòng điện khởi động của rơle
= (A)
Chọn dòng đặt rơle (A)
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ so lệch
(A)
Dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ là dòng ngắn mạch 2 pha trước thanh cái
phía thứ cấp, trên thực tế giá trị này cũng bằng giá trị dòng ngắn mạch 2 pha ngoài
vùng bảo vệ , do vậy độ nhạy của bảo vệ sẽ là:

Như vậy bảo vệ hoàn toàn đảm bảo được độ nhạy cần thiết, Do sự chênh lệch của các
dòng điện thứ cấp khá lớn nên ở trường hợp này ta cần chọn sơ đồ bảo vệ dùng role
so lệch có cuộn hãm.
Với số vòng dây của cuộn cân bằng là , Chọn số vòng dây san bằng dòng điện
thứ cấp:

Ta chọn số vòng dây . Mắc thêm vào phía sơ cấp để san bằng dòng điện thứ cấp

của máy biến dòng.

*) Tính toán chỉnh định rơle so lệch kỹ thuật số bảo vệ cho máy biến áp trên :

17


Từ các kết quả tính toán như trên, ta xác định giá trị dòng điện cài đặt tương
ứng với bội số dòng định mức của máy biến áp
-Giá trị tác động ngưỡng thấp ( tức là
)
-Dòng đặt ngưỡng cao PU (PER UNIT đơn vị tương đối).
- và
-Dòng hãm cơ sở PU
-Dòng điện hãm

= 0,443 (A)

18


Tài liệu tham khảo :
-Trần Quang Khánh, Bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện, nxb KHoa Học và Kĩ
Thuật, Hà Nội 2009
-Trần Đình Long, Bảo vệ các hệ thống điện, nxb Khoa Học và Kĩ Thuật Hà Nội 2000

19