thiết kế bảo vệ cho đường dây cung cấp hình tia của lưới điện có một nguồn cung cấp

Mở Đầu
Như chúng ta đã biết trong nhưng năm gần đây thì khả năng tiêu tốn điện
năng là rất lớn ,chúng ta đang là nhưng nước phát triển để thực hiện quá trình công
nghiệp hóa và hiện đại hóa vì thế khả năng sử dụng điện năng là rất lớn.chính vì
thế khi chúng ta sử dụng điện năng thì phải hiểu biết về những hư hỏng và hiện
tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những
phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần
tử hư hỏng ra khỏi hệ thống,cảnh báo và xử lí khắc phục chế độ không bình thường
là mảng kiến thức quan trọng của kĩ sư nghành hệ thống điện.
Để đáp ứng yêu cầu đó,sinh viên khoa hệ thống điện của trường Đại Học
Điện Lực được giao đề tài thiết kế bảo vệ cho đường dây cung cấp hình tia của
lưới điện có một nguồn cung cấp.
Đồ án gồm 2 phần: phần I : lý thuyết
Phần II: tính toán
Do còn hạn chế về khả năng nên đồ án của em không tránh khỏi những sai sót
, em rất mong nhận được sự góp ý chỉ dẫn của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạt đã tận tình giúp đỡ em
hoàn thành đồ án này.

Hà nội ,ngày 10 tháng 10 năm 2010
Sinh viên:
Bùi Trung Kiên


A.

LÝ THUYẾT

1. Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:
a/ Nhiệm vụ của bảo vệ rơle
Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần

tử bị sự cố hoặc tình trạng làm việc không bình thường ra khỏi hệ thống.
 Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với các phần tử trong hệ thống điện:
+
đất, lũ lụt.

Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động

+

Do máy móc thiết bị bị hao mòn, già cỗi.

+

Do các tai nạn ngẫu nhiên.

+

Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành.

Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thể ngăn
chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố, trong đó phần lớn là các
dạng ngắn mạch:
+ Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ
nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm
phá hủy các phần từ bị ngắn mạch và các phần tử lân cận
+ Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để tồn tại lâu có thể đốt cháy thiết bị và
gây hỏa hoạn.
+ Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lận cận bị
giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện.
+ Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện.

Ngoài ra còn phải xét đến tình trạng làm việc không bình thường như quá tải.
Khi quá tải dòng điện tăng cao gây hỏng cách điện, giảm tuổi thọ của thiết bị điện
b/ Các yêu cầu đối với Bảo vệ rơle
• Tác động nhanh:
Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá
hoại phần tử đó , càng giảm được thời gian tụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ và
càng có khả năng giữ được ổn định của hệ thống điện.


Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết
bị bảo vệ rơ le. Tuy nhiên trong một số trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động
nhanh thì không thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc. Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn
nhau, vì vậy tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về 2 yêu cầu này.
• Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng
phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Theo nguyên lý làm việc có thể phân ra:
+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố
xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng
cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
+ Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng
được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các
phần tử lân cận.
• Độ nhạy: Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ
thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy
kn =

I N min
I kđ

Yêu cầu: k n ≥ 2 : đối với bảo vệ chính
k n ≥ 1,5 : đối với bảo vệ dự phòng

• Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc
chắn.
+ Độ tin cậy tác động: là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố
xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.
+ Độ tin cậy không tác động: là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ
vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định
• Tính kinh tế: Đối với lưới điện trung, hạ áp vì số lượng các phần tử cần
được bảo vệ rất lớn, yêu cầu đối với thiết bị không cao bằng thiết bị bảo vệ ở cá
nhà máy điện lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần chú ý tới
tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo các yêu cầu kỹ
thuật với chi phí nhỏ nhất.


2. Nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng
Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập không phụ thuộc
vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, còn đối với bảo vệ có đặc tính
thời gian phụ thuộc thì thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo
vệ, dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác động càng bé.
- Khi làm việc bình thường hoặc khi có ngắn mạch ngoài khi đó I R < I kdR và
bảo vệ không tác động.
- Khi có ngắn mạch bên trong thì dòng điện qua bảo vệ vượt quá 1 giá trị
định trước (Ikd, Iđặt) I R > I kdR thì bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt.
3. Sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của từng
bảo vệ đặt cho đường dây
Đường dây cần bảo vệ là đường dây 110kv, là đường dây trung áp,để bảo vệ
ta dùng các loại bảo vệ:
- Quá dòng điện cắt nhanh hoặc quá thời gian
- Quá dòng điện có hướng
- So lệch dùng cấp thứ cấp chuyên dùng

- Khoảng cách.
Trong nhiệm vụ thiết kế bảo vệ của đồ án ta xét bảo vệ quá dòng điện cắt
nhanh và quá dòng điện có thời gian.
3.1 Bảo vệ quá dòng có thời gian
a. Quá dòng cắt nhanh với đặc tính thời gian độc lập
Ưu điểm của dạng bảo vệ này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơn
giản và dễ áp dụng. Thời gian đặt của các bảo vệ phải được phối hợp với nhau sao
cho có thể cắt ngắn mạch một cách nhanh nhất mà vẫn đảm bảo được tính chọn lọc
của các bảo vệ.
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ IKĐ trong trường hợp này được xác
định bởi:
I kd =

Trong đó:

kat .kmm .I lv max
ktv


kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn
mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của
BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động).
kmm: hệ số mở máy, có thể lấy kmm= (1.5 ÷ 2,5).
ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong
khoảng (0,85 ÷ 0,95). Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv ở đây xuất phát từ yêu cầu đảm
bảo sự làm việc ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở
máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ
không được tác động.
Giá trị dòng khởi động của bảo vệ cần phải thoả mãn điều kiện:
I lv max < I kd < I N min

Với:
Ilv max: dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định
trong chế độ cực đại của hệ thống, thông thường:
I = (1,05 ÷ 1,2).I lvmax đm. Trong trường hợp không thoả mãn điều kiện
thì phải sử dụng bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp.
IN min: dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ.
Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:
Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo
vệ rơle hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn
thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời
gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về
nguồn).
tn = t( n −1) max + ∆t

Trong đó:
tn

: thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.

t(n-1)max: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước
nó (thứ n).
Δt

: bậc chọn lọc về thời gian.


b. Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc.
Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó
thực hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được

tính tác động nhanh của bảo vệ. Một trong những phương pháp khắc phục là người
ta sử dụng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. Hiện nay các
phương thức tính toán chỉnh định rơle quá dòng số với đặc tính thời gian phụ thuộc
do đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn nên trên thực tế vẫn chưa được thống nhất
về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm định các giá trị
đặt.

t1

∆ t t6

t2

∆t

t3

∆ t t4

Hình 1: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong
lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập


Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các đường
dây có dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Trong trường hợp
này nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi không đam bảo các điều kiện kỹ
thuật: thời gian cắt sự cố, ổn định của hệ thống... Hiện nay người ta có xu hướng
áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc như một bảo
vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập.
Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công

thức:
Ikđ-51 = k.Ilvmax

Trong đó:
k – hệ số chỉnh định ( k=1,6 )
Thời gian bảo vệ được chọn theo công thức:
t=

0,14
.Tp
I −1
0,02
*

;

t=

13,5
.T p , s
I *−1

3.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn
mạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy
hiểm cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong
trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có
khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều
nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn
mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn toàn

đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn nhất của loại bảo vệ này.
Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được
chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha


trực tiếp) đi qua chỗ đặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ. Sau đây
chúng ta sẽ đi tính toán giá trị đặt của bảo vệ cho mạng điện trong đồ án.
Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp giá trị dòng điện khởi động
của bảo vệ đặt tại thanh góp A được xác định theo công thức:
Ikđ = kat.INngmax
Trong đó:
kat: hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng của các sai số do tính toán ngắn
mạch, do cấu tạo của rơle, thành phần không chu kì trong dòng ngắn mạch và của
các biến dòng. Với rơle điện cơ Kat = (1,2 ÷ 1,3), còn với rơle số kat = 1,15.
INng max: dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn
ngoài vùng bảo vệ. Ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B.
Ưu điểm:
• Làm việc 0 giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.
Nhược điểm:
• Chỉ bảo vệ được 1 phần đường dây 70 – 80%
• Phạm vi bảo vệ không cố định phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch và
chế độ làm việc hệ thống. Chính vì vậy bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thể là
bảo vệ chính của 1 phần tử nào đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác.

INmax
INmin
Ikd

LCNmin

INngoaimax

LCNmax

Hình 2: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp


B. PHẦN TÍNH TOÁN
CHƯƠNG I
CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN

B1

HT

MC1

MC2

D1
BI1

tpt1

B2
22 kV

110 kV

P2 = 2 MW

Ipt2 =

P2

2000

=
3.U đm . cos ϕ 2

3.22.0,8

= 65,61 A

• Dòng điện làm việc cực đại:
Ilv2max = k.Ipt2 = 1,4.65,61 = 91,854 A
Chọn BI có ni =
• Dòng điện làm việc trên đường dây 1:
Ilv = Ipt1 + Ipt2 =
=

3000
3.22.0,85

P1
3.U đm . cos ϕ1

+ I pt 2

+ 65,61 = 158,236 A

• Dòng điện làm việc cực đại trên đoạn AB:
Ilvmax = k.Ilv = 1,4. 158,236 = 221,53 A
Chọn BI có ni =

D2
BI2
P1

tpt2

P2


CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH, XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN
NGẮN MẠCH VỚI CHIỀU DÀI ĐƯỜNG DÂY TRONG CÁC CHẾ ĐỘ
CỰC ĐẠI CỰC TIỂU

2.1 VỊ TRÍ CÁC ĐIỂM NGẮN MẠCH

B1

HT

N3

N2

N1
MC1

N4

N6

N5
MC2

D1
BI1

tpt1

N7
D2

BI2

B2

P1

24 kV

115 kV

2.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng
Công suất cơ bản: Scb = SdđB = 15 MVA
Điện áp cơ bản: Ucb = Utb các cấp

Vậy: UCb1 = 115 kV; UCb2 = 23 kV
EHT = 1
2.3 ĐIỆN KHÁNG CÁC PHẦN TỬ
2.3.1 Hệ thống
SN max = 2300 MVA ;

X0HT = 0,7. X1HT

SN min = 0,8.2300 MVA.
• Giá trị điện kháng thứ tự thuận.
Chế độ cực đại:
X HT max =

S cb
S N max

=

15
= 0,00652
2300

N8

N9

tpt2

P2

Chế độ cực tiểu:
X HT min =

S cb
15
=
= 0,00815
S N min 0,8.2300

• Giá trị điện kháng thứ tự không.
Chế độ hệ thống cực đại:
X0HTmax = 0,7.XHTmax = 0,7.0,00652 = 0,00456
Chế độ hệ thống cực tiểu.
X0HTmin = 0,7.XHTmin = 0,7.0,00815 = 0,0057
2.3.2 Máy biến áp B1 và B2
X B1 = X B 2 =

U K S cb
12,5 15
.
=
. = 0,125
100 S đmB 100 15

2.3.3 Đường dây
Chia đường dây D1,D2 lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau. Điện kháng trên
từng đoạn là:
• Giá trị điện kháng thứ tự thuận:
X D11 = X D12 = X D13 = X D14

S

1

1
15
cb
= 4 X 1 L1 U 2 = 0,39.7. 2 = 0,01935
4
23
cb
X D 21 = X D 22 = X D 23 = X D 24
S

1

1
15
cb
= 4 X 2 L2 U 2 = 0,39.4. 2 = 0,011
4
23
cb

• Giá trị điện kháng thứ tự không :
X 0 D11 = X 0 D12 = X 0 D13 = X 0 D14
1

S

1
15
cb
= 4 X 01 L1 U 2 = 0,98.7. 2 = 0,0486
4
23
cb
X 0 D 21 = X 0 D 22 = X 0 D 23 = X 0 D 24
1

S

1
15
cb
= 4 X 02 L2 U 2 = 0,98.4. 2 = 0,0278
4
23
cb


2.4 TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH CỦA MẠNG ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ CỰC ĐẠI

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.

XB1
N1

XHT

EHT

N2
D11

MC1

N4
D13

BI1

XB2
115 kV

N3
D12

N5
D14

N6
D21

MC2

tpt1

N7
D22

N8
D23

N9

tpt2

D24

BI2
P1

24 kV

2.4.2 Xét các điểm ngắn mạch
2.4.2.1 Ngắn mạch tại điểm N1
Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.
N1

EHT

XHT

N1

XB12

XHT

N1

XHT
X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HT + X B12

= 0,00625 +

1
.0,125 = 0,06875
2

X 0 ∑ = X 0 HT + X B12

= 0,00456 +

1
0,125 = 0,067
2

XB12

XB12

P2


a) Ngắn mạch 3 pha N(3)

I N( 31) =

E HT
1
=
= 14,545
X 1 ∑ 0,06875

Trong hệ đơn vị có tên:
I N( 32) kA = I N( 32) .

S cb
3.U cb

= 14,545

15
3.22

= 5,726 kA

b) Ngắn mạch 1 pha N(1)
Ta có:
X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0,06875+0,067= 0,1358 và m(1) = 3

Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:

N2

EHT

Với

Xtd

Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,06875 + 0,1358= 0,2045

Dòng ngắn mạch siêu quá độ là:
I N(11) = m (1) .

S
E HT
1
15
. cb = 3.
.
= 5,772 kA
X td 3.U cb
0,2045 3.22

Dòng điện thứ tự không là:
I N(11)a 0 = I N(11)a1 =

1
0,2045

Trong hệ đơn vị có tên:
I 0(1) kA =

1
15

.
= 1,925 kA
0,2045 3.22

Khi ngắn mạch tại điểm N1 thì không có dòng qua các BI
2.4.2.2 Ngắn mạch tại điểm N2
Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.


N2

N2

X 1Σ

EHT

N2

X 2Σ

X0Σ

X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HT + X B12 + X D11

= 0,00625 +

1
.0,125 + 0,01935 = 0,0881
2

X 0 ∑ = X 0 HT + X B12 + X 0 D11

= 0,00456 +

1
0,125 + 0,0486 = 0,1157
2

a) Ngắn mạch 3 pha N(3)
I N( 32) =

E HT
1
=
= 11.35
X 1 ∑ 0,0881

Trong hệ đơn vị có tên:
S cb

I N( 32) kA = I N( 32) .

3.U cb

= 11,35

15
3.22

= 2,607 kA

b) Ngắn mạch 1 pha N(1)
Ta có:
X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0,06875+0,18 = 0,249 và m(1) = 3

Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:

N2

EHT
Với

Xtd

Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,06875 + 0,249 = 0,318

Dòng ngắn mạch siêu quá độ là:
I N(12) = m (1) .

S
E HT
1
15
. cb = 3.
.
= 3,314 kA
X td 3.U cb
0,318 3.22

Dòng điện thứ tự không là:
)
I N(120
= I N(12) a1 =

1
0,318

Trong hệ đơn vị có tên:
I 0kAmax =

1
15
.
= 1,26 kA
0,318 3.22

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại

Bảng tổng hợp cho các điểm ngắn mạch từ N1 – N9:

N1

X 1∑
X 2∑

X 0∑
X ∆(1)
X td(1)

m (1)

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

0.0688 0.0881 0.1075 0.1268 0.1462 0.1655 0.1849 0.2042 0.2236
0.0688 0.0881 0.1075 0.1268 0.1462 0.1655 0.1849 0.2042 0.2236
0.0671 0.1157 0.1643 0.2129 0.2407 0.2685 0.2963 0.3241 0.3519
0.1358 0.2038 0.2717 0.3397 0.3868

0.434

0.4811 0.5283 0.5754

0.2046 0.2919 0.3792 0.4665

0.533

0.5995

0.666

0.7325

0.799

3

3

3

3

3

3

3

3

3

I N(3) kA

5.726

4.468

3.664

3.105

2.694

2.379

2.13

1.928

1.761

I N(1) kA

5.772

4.046

3.114

2.532

2.216

1.97

1.773

1.612

1.478

I N 0 max

Từ bảng số liệu trên ta có xác định được trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại
các điểm ngắn mạch đã xét .Các giá trị đó được tổng kết trong bảng sau:


N1

N2

N3

N4

N5

INmax(kA)

5.726

3.IN0max(kA)

5.772 4.046 3.114 2.532 2.216

N6

4.468 3.364 3.105 2.694 2.379
1.97

N7
2.13

N8

N9

1.928 1.761

1.773 1.612 1.478

2.5 TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH CỦA MẠNG ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ CỰC TIỂU

2.5.1 Sơ đồ thay thế dạng tương đối cơ bản


HT

N3

N2

N1
MC1

N4

N6

N5
MC2

D1
BI1

tpt1

N7

N8

tpt2

D2
BI2
P1

B2

22 kV

115 kV

2.5.2.1 Ngắn mạch tại điểm N1

Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.
N1

XHT

EHT

N1

XB12

XHT

XB12

N1

XHT

XB12

X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HT + X B12

= 0,00815 + 0,0625 = 0,071
X 0 ∑ = X 0 HT + X B12

= 0,0057 + 0,0625 = 0,0682

a) Ngắn mạch 2 pha N(2)
X ∆ = X 2 ∑ = 0,0707

Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,0707 +0,0707 = 0,1414
Dòng ngắn mạch siêu quá độ là:
I N( 21) = m ( 2 ) .

b) Ngắn mạch 1 pha N(1)
Ta có:

N9

S
E HT
1
15
. cb = 3.
.
= 4,825 kA
X td 3.U cb
0,1414 3.22

P2


X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0,0682+0,0707 = 0,13885 và m(1) = 3

Ta có sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:

N2

Xtd

EHT
Với
siêu quá độ là:

Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,0707+0,13885 = 0,2095 Dòng ngắn mạch

I N(11) = m (1) .

S
E HT
1
15
. cb = 3.
.
= 5,637 kA
X td 3.U cb
0,2095 3.22

Dòng điện thứ tự không là:
)
I N(110
= I N(11)a1 =

1
0,2095

Trong hệ đơn vị có tên:
I 0(1) kA =

1
15
.
= 1,88 kA
0,2095 3.22

Khi ngắn mạch tại điểm này thì không có dòng qua các BI
2.5.2.2 Ngắn mạch tại điểm N2
Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.
N2

EHT

1ΣX

X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HT min + X B12 + X D11

= 0,09
X 0 ∑ = X 0 HT + X B12 + X 0 D11 =0,117

N2

2ΣX

N2

0ΣX


a) Ngắn mạch 2 pha N(2)

X ∆ = X 2 ∑ = 0,09

Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,18
Dòng ngắn mạch siêu quá độ là:
I N( 22) = m ( 2 ) .

S
E HT
. cb = 3,788 kA
X td 3.U cb

b) Ngắn mạch 1 pha N(1)
Vì là ngắn mạch 1 pha nên
X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0,207 và m(1) = 3

Ta có sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:

N2

EHT
Với:

Xtd

Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,297

Dòng ngắn mạch siêu quá độ là:
I N(12) = m (1) .

S cb

E HT
.
= 3,976 kA
X td
3.U cb

Dòng điện thứ tự không là:
)
I N(120
= I N(12) a1 =

1
0,297

Trong hệ đơn vị có tên:
I 0(1) kA =

1
15
.
= 1,325 kA
0,297 3.22

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại


Bảng tổng hợp cho các điểm ngắn mạch từ N1 – N9

X
X

X
X
X
m
I
X
m

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

1∑

0.071

0.09

0.11

0.129

0.148

0.159

0.17

0.181

0.192

2∑

0.071

0.09

0.11

0.129

0.148

0.159

0.17

0.181

0.192

0∑

0.068

0.117

0.165

0.214

0.263

0.29

0.318

0.346

0.374

0.139

0.207

0.275

0.343

0.411

0.449

0.488

0.527

0.566

0.21

0.297

0.385

0.472

0.559

0.608

0.658

0.708

0.758

3

3

3

3

3

3

3

3

3

5.624

3.976

3.067

2.502

2.113

1.942

1.795

1.668

1.558

0.071

0.09

0.11

0.129

0.148

0.159

0.17

0.181

0.192

(1)
∆
(1)
td

(1)

(1) kA
N
( 2)
∆

( 2)

X
I

3
( 2)
td

( 2)
N

3

3

3

3

3

3

3

3

0.142

0.18

0.22

0.258

0.296

0.318

0.34

0.362

0.384

4.802

3.788

3.099

2.643

2.303

2.144

2.005

1.883

1.776

Từ bảng số liệu trên ta có xác định được trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại
các điểm ngắn mạch đã xét .Các giá trị đó được tổng kết trong bảng sau:
N1

I

kA
N min
kA

3 I 0 min

4.802
4.802

N2
3.78
8

3.78
8

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

3.099 2.643 2.303 2.144 2.005 1.883 1.776
1.66
3.067 2.502 2.113 1.942 1.795
8
1.558


Tổng hợp cả 2 chế độ cực đại và cực tiểu ta có bảng sau:

INmax(kA)
INmin(kA)
3.IN0max(kA)
3.IN0min(kA)

N1
5.726
4.802
5.772
4.802

N2
4.468
3.788
4.046
3.788

N3
3.364
3.099
3.114
3.067

N4
3.105
2.643
2.532
2.502

N5
2.694
2.303
2.216
2.113

N6
2.379
2.144
1.97
1.942

N7
2.13
2.005
1.773
1.795

N8
1.928
1.883
1.612
1.668

N9
1.761
1.776
1.478
1.558



CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG CHO CÁC BẢO VỆ CỦA ĐƯỜNG
DÂY D1 VÀ D2

3.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH
Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được lựa chọn theo
công thức
Ikđ = kat.INngmax
Trong đó :
kat :Hệ số an toàn .Chọn kat = 1,2
INngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạch lớn nhất
thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây.
Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2
Ikđ1-50 = kat.IN5ngmax = 1,2. 2,694 = 3,233 kA
Ikđ2-50 = kat.IN9max = 1,2. 1,761= 2,113 kA
3.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG THỨ TỰ KHÔNG CẮT NHANH
Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh được
lựa chọn theo công thức
Ikđ = kat .3I0Nngmax
Trong đó:
I0ngmax – dòng điện ngắn mạch thứ tự không ngoài lớn nhất.
Dòng điện ngắn mạch thứ không ngoài lớn nhất ứng với đường dây D1 và
D2 là I0N5ngmax, I0N9ngmax
I0kđ1 = kat .3I0N5ngmax = 1,2.3.2,216 = 7,98 kA
I0kđ2 = kat .3I0N9ngmax = 1,2.3.1,478 = 5,321 kA
3.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CÓ THỜI GIAN


 Lựa chọn trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian
Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công
thức:
Ikđ(51)= k.Ilvmax
Trong đó:

k – Hệ số chỉnh định. Chọn k = 1,6
Ilvmax – Dòng điện làm việc lớn nhất
Ilvmax1 = 221,53 A
Ilvmax2 = 91,854 A
Ta có: Ikđ1(51)= k.Ilvmax1 = 1,6.221,53 = 354,45 A= 0,354 kA
Ikđ2(51)= k.Ilvmax1 = 1,6.91,854 = 146,97A = 0,147 kA
 Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:
Đặc tính thời gian của rơle:

t=

13,5
Tp , s
I* −1

Với

I* =

I
I kd

3.3.1 Chế độ phụ tải cực đại
Với đường dây D2:
• Xét điểm ngắn mạch N9: IN9 = 1,761
I *9 =

IN9
I kđ 2−51

=

1,761
= 11,98
0,147

t 29 = t pt 2 + ∆t = 0,75+0,3=1,05 s

Tp 2

I *9 − 1 9 11,98 − 1
=
.t 2 =
.1,05 = 0,854 s
13,5
13,5


• Xét điểm ngắn mạch N8: IN8 = 1,928

I N8

I *8 =

=

I kđ 2−51

1,928
= 13,116

0,147

13,5
13,5
Tp 2 =
.0,854 = 0,95s
I* − 1
13,116 − 1

t 28 =

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây D2:
N5
I N max , kA

2.694
0.666

T2, s

N6

N7

N8

N9

2.379

2.13

1.928

1.761

0.76

0.855

0.952

Với đường dây D1:
Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên đường dây 1 là:

{

}

t15 = max t 25 , t pt1 + ∆t
• Xét điểm ngắn mạch N5: IN5 = 2,694 kA
I *5 =

I N5
I kđ 1−51

=

2,694
= 7,61

0,354

tpt1 = 0,5s

t15 = max{ 0,666;0,5} + 0,3 =0,966 s
0,966
t15
.(7,61 − 1) = 0,473 s
.( I *5 − 1) =
Tp1 =
13,5
13,5

• Xét điểm ngắn mạch N4: IN4 = 3,105kA
I *4 =

t=

IN4
I kđ 1−51

=

3,105
= 8.771
0,354

13,5
13,5
Tp =

.0,473 = 0,822
I* −1
8.771 − 1

1.05