Đồ án môn học Rơle

Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu
LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay. Trong bất kì lĩnh vực nào
như sản xuất, sinh hoạt,an ninh... đều cần sử dụng điện năng. Việc đảm bảo sản xuất điện
năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện nay. Bên
cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũng đóng vai trò rất quan
trọng trong hệ thống điện. Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày
càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra
sự cố như chạm chập, ngắn mạch cũng tăng theo. Chính vì vậy cần phải tăng cường các
thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố
có thể gây ra.
Đồ án môn học Bảo vệ rơle giúp cho sinh viên củng cố được các kiến thức cơ bản về
bảo vệ rơle. Từ đó sinh viên sẽ có đánh giá đúng đắn đối với từng loại bảo vệ.
Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy
cô bộ môn, đặc biệt là của thầy giáo Th.s Tạ Tuấn Hữu. Dù đã rất cố gắng nhưng do
kiến thức của em còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy còn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi
những sai sót. Em rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để
bản đồ án cũng như kiến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là thầy giáo Th.s Tạ Tuấn Hữu đã
giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.
Hà Nội tháng 11 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Chu Văn Tuấn

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 1

Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu
ĐỒ ÁN MÔN HỌC RƠ LE

Họ tên sinh viên: Chu Văn Tuấn
Lớp: Đ2H2
Khoa: Hệ thống Điện
*********************
I. PHẦN LÝ THUYẾT
I.1 Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le:
+ Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le:
Khi thiết kế hoặc vận hành bất kì 1 hệ thống điện nào cũng phải kể đến các khả năng
phát sinh các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Hậu
quả của ngắn mạch là:
- Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện
- Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.
- Phá hủy các phần tủ có dòng điện ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và cơ.
- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.
Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không
bình thường như là quá tải. Khi quá tải, dòng điện tăng cao làm nhiệt độ của các phần dẫn
điện vượt quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá
hỏng.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện
cần có các thiết bị phát ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện
ra các phần tử bị hư hỏng và cắt nó ra khỏi hệ thống điện. Thiết bị này được thực hiện
nhờ các khí cụ tự động gọi là rơ le. Thiết bị bảo vệ thực hiện nhờ những rơ le gọi là thiết
bị bảo vệ rơ le.

Như vậy, nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơ le là tự động cắt phần tử hư hỏng ra
khỏi hệ thống điện. Ngoài ra, còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không
bình thường của các phần tử trong hệ thống điện. Tùy mức độ mà bảo vệ rơ le có thể tác
động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt.
+ Những yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơ le là:
1/ Tin cậy:
Là tính năng đảm bảo cho các thiết bị làm việc đúng, chắc chắn. Phân biệt 2 loại độ
tin cậy.
- 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.

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 2


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

- Độ tin cậy không tác động là khả năng của bảo vệ tránh làm việc nhầm ở chế độ
vận hành bình thường hoặc khi có sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định.
Để nâng cao độ tin cậy người ta sử dụng rơ le và hệ thống rơ le có kết cấu đơn giản,
chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự
phòng trong hệ thống.
2/ Tính chọn lọc:
Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện gọi là tác động
chọn lọc.
Theo nguyên lí làm việc, các bảo vệ được phân ra:
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong

một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ ở các phần tử
lân cận.
- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối ngoài làm nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng
được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ đặt ở các
phần tử lân cận.
3/ Tác động nhanh:
Phần tử bị ngắn mạch càng được cắt nhanh, càng hạn chế được mức độ phá hoại các
thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện và càng có khả năng duy trì
được ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ 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.
4/ Độ nhạy:
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơ le hoặc hệ thống bảo vệ. Độ
nhạy được đặc trưng bằng hằng số độ nhạy K n là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơ le
khi có sự cố và ngưỡng tác động của nó. Hệ số 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 nhạy thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
5/ Tính kinh tế:
Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết
bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình. Vì vậy yêu cầu về kinh tế

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 3


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

không đề ra, mà bốn yêu cầu kĩ thuật trên đóng vài trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn
các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện.
Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và
yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy điện hoặc
lưới truyền tải cao áp. Vì vậy cần phải tính toán kinh tế kĩ thuật trong việc lựa chọn các
thiết bị bảo vệ.
I.2 Các nguyên tắc bảo vệ đã học
a) Bảo vệ quá dòng điện: là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo
vệ vượt quá một giá trị định trước. Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc chia
thành 2 loại:
- Bảo vệ dòng điện cực đại.
- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh.
- Bảo vệ dòng điện cực đại:
Bảo vệ dòng điện cực đại là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời
gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác
động càng lớn.
- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn giá
trị dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua
chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo.
b) Bảo vệ so lệch dòng điện:

Bảo vệ so lệch dòng điện: là loại bảo vệ làm việc theo nguyên tắc so sánh trực tiếp
biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch vượt quá trị số cho
trước thì bảo vệ sẽ tác động.
c) Bảo vệ khoảng cách:
Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơ le tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc
vào quan hệ giữa điện áp UR và dòng điện IR đưa vào rơ le và góc pha giữa chúng.

 UR

, ϕ R 
 IR


t = f 

Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ xảy ra sự
cố tăng lên. Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất. Vì vậy bảo vệ
khoảng cách đảm bảo cắt chọn lọc trong mạng có cấu hình bất kì ( số nguồn cung cấp tùy
ý, thời gian làm việc tương đối bé).
d) Bảo vệ dòng điện có hướng:
- Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơ le và góc pha giữa dòng
điện ấy với điện áp trên thanh góp có đặt BU cung cấp cho bảo vệ. Bảo vệ sẽ tác động khi
dòng điện vào rơ le vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phù hợp với trường hợp
ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 4

Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

→ Từ đó, thấy rằng bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điện cực đại
cộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và áp vào rơ le.
e) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:
- Thực chất là bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không để lấy thành phần thứ tự
không của dòng 3 pha. Khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất sẽ xuất hiện dòng thứ tự không
(3I0) chạy vào rơ le. Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt của rơ le thì sẽ tác động cắt máy cắt.
- Cuộn sơ cấp của bảo vệ chính là các thanh dẫn của mạch điện cần bảo vệ, thứ cấp
quấn trên mạch từ bọc lấy 3 pha.
f) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:
- Bảo vệ này lấy dòng điện làm việc vào rơ le là dòng tổng của 3 BI đặt ở 3 pha. Khi
có ngắn mạch 1 pha dòng vào rơ le bao gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không và thành
phần dòng không cân bằng. Người ta chọn dòng khởi động của rơ le lớn hơn dòng không
cân bằng tính toán nhân với 1 hệ số k at. Nên khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất thì dòng
vào rơ le lớn hơn dòng khởi động và bảo vệ tác động cắt máy cắt. Khi xảy ra các loại
ngắn mạch khác thì thành phần 3 I0 không tồn tại và rơ le không tác động.
I.3 Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của
từng bảo vệ đặt cho đường dây:
a) Bảo vệ quá dòng có thời gian:
- Nhiêm vụ: Dùng để bảo vệ cho các lưới hở có 1 nguồn cung cấp, chống ngắn mạch giữa
các pha.
- Sơ đồ nguyên lý làm việc: Chia làm 2 loại. Sơ đồ nguyên lý như sau:

1MC

CC

1MC1

TÝn hiÖu

3 RI

4 RI

5 RT

6 TH

2BI

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng cực đại

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 5


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

+ Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập: thời gian làm việc của rơ le không
phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch.
- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp. Bảo
vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ IKĐ trong trường hợp này được xác định bởi:

I RL
KĐ =

k at .k mm .
⋅ I lv max
k tv .n i

Trong đó:
Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất.
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.
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).
Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:
Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời gian làm việc
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.
Δt

: bậc chọn lọc về thời gian.

+ Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc: thời gian tác động của bảo vệ phụ
thuộc vào dòng điện qua bảo vệ khi bội số của dòng đó so với dòng I kđ tương đối nhỏ và ít
phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn.
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

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 6


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

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 2: 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. 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.
Từ hình vẽ ta thấy thời gian tác động khi xảy ra sự cố trên cùng 1 đoạn được bảo vệ
thì sự cố xảy ra càng gần nguồn thì bảo vệ tác động càng nhanh. Đó chính là ưu điểm của
bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc so với đặc tính thời gian độc lập.
+ Vùng tác động:
vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần đường dây tính
từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự phòng cho bảo
vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian là Δt.

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 7


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

b) 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.

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 8

Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

INmax
INmin
Ikd

LCNmin

INngoaimax

LCNmax

Hình 3: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 9


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu
PHẦN II TÍNH TOÁN CỤ THỂ

Đề bài
A. SỐ LIỆU BAN ĐẦU

B1

HT

MC1

D1
BI1

MC2

tpt1

B2
115 kV

D2
BI2

tpt2

P2

P1

24 kV

1. Hệ thống:
SNmax = 1500 MVA; SNmin = 0,7.SNmax = 1050MVA; X0HT = 0,8.X1HT
2. Máy biến áp B1 và B2:
Sdd = 2*30 MVA ; U1/U2 = 115/24kV ; Uk% = 12,5%

3. Đường dây.
D1: L1 = 15km; AC-100;
Z1 = 0,27 + j0,39 Ω/km; Z0 = 0,48 + j0,98 Ω/km
D2: L2 = 10km; AC-75;
Z1 = 0,36 + j0,41 Ω/km; Z0 = 0,56 + j1,02 Ω/km
4. Phụ tải :
P1 = 4 MW; cosφ1 = 0,9; tpt1 = 1s
P2 = 3 MW; cosφ2 = 0,8; tpt2 = 0,75s
5. Đặc tính thời gian của rơle:
80
t= 2
Tp , s
I* −1

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 10


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu
CHƯƠNG I

CHỌN BI VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE
I. TÍNH TOÁN CHỌN CÁC BI PHỤC VỤ CHO BV1 VÀ BV2:
Để chọn các BI cho các D1 và D2, ta chỉ chọn tỉ số biến đổi nBI của BI.
Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn.
Dòng thứ cấp lấy bằng 1A.
Tỉ số biến đổi của BI được tính như sau:

n BI =

IS
IT

Trong đó:
IT – dòng điện thứ cấp qua BI, IT = 5A.
IS – dòng điện sơ cấp qua BI.
IS được chọn theo điều kiện:
max
I S ≥ I lvBI
max
Với I lvBI
dòng điện làm việc lớn nhất qua BI.

Các BV1 và BV2 làm việc ở điện áp trung bình U tb2 = 24kV .
I.1 Chọn tỉ số biến đổi cho BI2:
Dòng làm việc lớn nhất của BI2:
I pt 2 =

P2
3.U 2 cos Φ 2

=

3
3.24.0,8

= 0,09(kA)

max
I lvBI
2 = k qt .I pt 2 = 1,4.0,09 = 0,126( kA) = 126( A)

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy: 10-12.5-15-20-25-30-40-50-60(A) và
các bội số 10-100-1000 của nó.
max
I S2 ≥ I lvBI
2 = 126( A)

Nên ta chọn IS2 =150A.
Như vậy tỉ số biến đổi của BI2 là: nBI 2 =

150
= 30
5

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 11


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

I.2. Chọn tỉ số biến đổi cho BI1:
Dòng làm việc lớn nhất của BI1:
I pt1 =

P1
3.U 1 cos Φ 1

=

4
3.24.0,9

= 0,107(kA)

max
I lvBI
1 = k qt .( I pt1 + I pt 2 ) = 1,4.(0,107 + 0,09) = 0,276( kA) = 276( A)

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy: 10-12.5-15-20-25-30-40-50-60(A) và
các bội số 10-100-1000 của nó.
max
I S1 ≥ I lvBI
1 = 276( A)

Nên ta chọn IS1 =300A.
Như vậy tỉ số biến đổi của BI2 là: nBI 2 =

300
= 60
5

II. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE:
Giả thiết quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua:
+ Bão hoà từ.

+ Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của MBA và cả đường dây.
+ Ảnh hưởng của phụ tải…
II.1 Tính toán chính xác trong hệ đơn vị tương đối với:
Scb= SdđB= 30MVA; UcbI= Utb = 24kV khi đó ta có:
U cbII = U cbI / k = 24 x

115
= 115(kV )
24

Dòng điện cơ bản trên các đoạn:
I cbI =
I cbII =

S cb
3.U cbI
S cb
3.U cbII

=
=

30
3.24

= 0,722(kA)

30
3.115

= 0,151(kA)

Xác định thông số của các phần tử trên sơ đồ:
 Hệ thống:
EHT=Utb/UcbII=115/115=1
X 1HT =

U tb2 S cb S cb
.
=
S N U cb2
SN

X0HT =0,8 . X1HT

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 12


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Chế độ cực đại:
SNmax =1500MVA
X 1HT

U tb2 S cb S cb
30

=
. 2 =
=
= 0,02
S N U cb S N 1500

X0HT =0,8 . 0,02=0,016
Chế độ cực tiểu:
SNmin =0,7. SNmax =0,7.1500=1050MVA
X 1HT =

U tb2 S cb S cb
30
. 2 =
=
= 0,029
S N U cb S N 1050

X0HT =0,8 . 0,029=0,023
 Trạm biến áp:
Máy biến áp là phần tử đứng yên nên: X1B=X2B=XB;
X0B phụ thuộc vào sơ đồ đấu dây.
X B*( cb )

2
U k % U dm
S cb
12,5 115 2 30
=
.

. 2 =
.
.
= 0,125
100 S dmB U cbII
100 30 115 2

X1B=X2B=XB=0,125
 Đường dây:
Đường dây là đường dây đơn nên ta có:
X D*( cb ) = xi .Li .

S cb
2
U cbI

Với đường dây D1: L1 = 15 km, AC – 100
X 1D1 = x1 .L1 .

S cb
30
= 0,39.15. 2 = 0,305
2
U cbI
24

X 0 D1 = x 0 .L0 .

S cb
30

= 0,98.15. 2 = 0,766
2
U cbI
24

Với đường dây D2: L2 = 10 km, AC – 75

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 13


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

X 1D 2 = x1 .L1 .

S cb
30
= 0,41.10. 2 = 0,214
2
U cbI
24

X 0 D 2 = x 0 .L0 .

S cb
30
= 1,02.10. 2 = 0,531

2
U cbI
24

 Phụ tải:
Trong tính toán ngắn mạch ta bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải.
II.2 Tính toán ngắn mạch:
II.2.1. Sơ đồ thay thế:
Chia mỗi đường dây thành 4 đoạn bằng nhau, ta có 9 điểm cần tính ngắn mạch.

X d1
4

XB
E1

XHT

1

X d1
4

2

3

XB

X d1

4

4

X d1
4

5

X d2
4

6

X d2
4

7

X d2
4

X d2
8 4

9

+ Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D1 (từ N1 đến N5)
- Ngắn mạch tại N1 :

X 1∑ N 1 = X 1HT +

XB

X 0 ∑ N 1 = X 0 HT +

XB

2

2

- Ngắn mạch từ N2 đến N5
Tổng quát:

Với

X 1∑ N +i = X 1∑ Ni +

X 1D1

X 0 ∑ N +i = X 0 ∑ Ni +

X 0 D1

X 1D1 0,305
4

=

4

4

4

= 0,076 ;

X 0 D1 0, 766
4

=

4

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

= 0,192

Trang 14


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

+ Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D2 (từ N6 đến N9)
- Ngắn mạch tại N6 :

X 1 ∑ N 6 = X 1∑ N 5 +

X 1D 2

X 0∑N 6 = X 0∑N 5 +

X 0D2

4
4

- Ngắn mạch từ N7 đến N9

X 1∑ N +i = X 1∑ Ni +

X 1D 2

X 0 ∑ N +i = X 0 ∑Ni +

X 0D2

X 1D 2

Với

4

=

4
4

0, 214
X
0,531
= 0, 054 ; 0 D 2 =
= 0,133
4
4
4

- Sơ đồ thứ tự thuận:

XB

E1

E1

Xdi

X1HT

X1Σ

XB
i

I1∑

i

U1N

U1N

- Sơ đồ thứ tự nghịch:
XB

Xdi

X2HT
XB

I2∑

E1
i

X2Σ
i

U2N

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

U2N

Trang 15


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

- Sơ đồ thứ tự không:
XB
E1

Xdi

X0HT
XB

I0∑

X0Σ
i

i

U0N

U0N

II.2.2 Tính dòng ngắn mạch ở chế độ max:
Ở chế độ làm việc max ta có:
X1HT = 0,02; X0HT=0,016
Hai MBA làm việc song song: XB/2 = 0,0625
Các dạng ngắn mạch cần xét: N(3); N(1,1); N(1)
Để khảo sát sự cố ngắn mạch trên đường dây ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4 đoạn
bằng nhau, tức là ta sẽ có 9 điểm tính ngắn mạch được ký hiệu trong hình từ N1 ÷ N9 ta có:

X 1D1
4

X 1D 2
4

=

X
0, 305
0 D1 = 0, 766 = 0,192
= 0, 076 ;
4
4
4

=

0, 214
X 0 D 2 0,531
= 0, 054 ;
=
= 0,133
4
4
4

Ta tiến hành tính toán các dạng ngắn mạch lần lượt cho 9 điểm N1 ÷ N9 .
Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công

thức:

I 1N

(n)

=

1
X 1∑ + X ∆

( n)

với XΔ(n) là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n.
Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức IN(n) = m.I1N(n)

Ta có bảng tóm tắt sau:
Dạng ngắn

n

XΔ(n)

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

m(n)
Trang 16


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

mạch
N(1)

1

X2∑ + X0∑

3

N(2)

2

X2∑

3

N(1,1)

1,1

X2∑ // X0∑

N(3)

3

0

3 × 1−

X 2∑ × X 0∑
( X 2∑ + X 0∑ )2

1

a. Xét điểm ngắn mạch N1:
Điện kháng thứ tự thuận là:
X1∑N1=X1HT+X1B/2=0,02+0,125/2=0,0825
Điện kháng thứ tự nghịch là:
X2∑N1=X1∑N1=0,0825
Điện kháng thứ tự không là:
X0∑N1=X0HT+ X0B/2=0,016+0,125/2=0,0785
Tính điện kháng phụ cho các dạng ngắn mạch:
Điện kháng phụ ngắn mạch một pha là:
XΔN1(1)=X0∑N1+X2∑N1=0,0825+0,0785=0,161
Điện kháng phụ ngắn mạch 2 pha chạm đất là:
X ∆(1N,11) =

X 0 ∑ N1 .X 2 ∑ N1
0,0825.0,0785
=
= 0,04
X 0 ∑ N 1 + X 2 ∑ N 1 0,0825 + 0,0785

Tính các dạng ngắn mạch:
 Dòng điện ngắn mạch 3 pha là:

I N(31)* =

1
X 1 ∑ N 1*

=

1
= 12,121
0,0825

Dòng điện ngắn mạch 3 pha trong hệ đơn vị có tên:
I N( 31) = I N( 31)* .I cb1 = 12,121.

30
3.24

= 8,752(kA)

 Dòng điện thứ tự thuận khi ngắn mạch một pha là:
I 1(N1)1 = 1 /( X 1 ∑ N 1 + X ∆(1N) 1 ) = 1 /(0,0825 + 0,161) = 4,107

 Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch một pha là:
I 0(1N) 1 = I 1(N1)1* = 4,107

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 17

Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch một pha trong hệ đơn vị có tên:
I 0(1N) 1 = I 1(1N)1* .I cb1 = 4,107.

30
3.24

= 2,965(kA)

 Dòng điện ngắn mạch một pha tổng hợp là:
I N(11)* = mI 1(1N)1* = 3.4,107 = 12,321

Dòng điện ngắn mạch một pha trong hệ đơn vị có tên:
I N(11) = I N(11)* .I cb1 = 12,321.

30
3.24

= 8,895(kA)

 Dòng điện thứ tự thuận khi ngắn mạch 2 pha chạm đất là:
I 1(N1,11) = 1 /( X 1 ∑ N 1 + X ∆(1N,11) ) = 1 /(0,0825 + 0,04) = 8,163

 Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch 2 pha chạm đất là:
I 0(1N,11) = I 1(1N,11) .

X 2 ∑ N1

0,0825


= 8,163
 = 4,183
X 2 ∑ N1 + X 0 ∑ N1
 0,0825 + 0,0785 

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch 2 pha chạm đất trong hệ đơn vị có tên:
I 0(1N,11) = I 0(1N,11)* .I cb1 = 4,183.

30
3.24

= 3,015(kA)

 Dòng điện ngắn mạch 2 pha chạm đất tổng hợp là:
I N(11,1*) = mI 1(1N,11) = 3 × 1 −

0,0825.0,0785
× 8,163 = 12,224
(0,0825 + 0,0785) 2

Dòng điện ngắn mạch 2 pha trong hệ đơn vị có tên:
30

I N(11,1) = I N(11,1*) .I cb1 = 12,224.

3.24

= 8,826(kA)

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9 ta lập được
bảng như sau:

Bảng 1: Tổng hợp tính toán các trị số dòng điện ngắn mạch trong chế độ max
tại các điểm ngắn mạch ứng với từng loại ngắn mạch.

Vị trí

1

2

3

4

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

5

6

7

8

9
Trang 18

Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Dòng NM
I N( 3)

8.752

4.555

3.079

2.325

1.868

1.639 1.460

1.316

1.198

IN

8.895

3.687

2.325

1.698

1.337

1.164 1.031

0.925

0.838

I0

2.965

1.229

0.775

0.566

0.446

0.388 0.344

0.308

0.279

IN

8.826

4.238

2.825

2.122

1.700

1.489 1.326

1.194

1.087

I0

3.015

1.032

0.623

0.446

0.347

0.301 0.265

0.238

0.215

I N max

8.895 4.555

3.079

2.325

1.868

1.639 1.460

1.316

1.198

I 0 N max

3.015 1.229

0.775

0.566

0.446

0.388 0.344

0.308

0.279

9.045

2.325

1.698

1.338

1.164 1.032

0.924

0.837

I N(1)

I N(1,1)

3.I 0 N max ( kA)

3.687

II.2.3. Tính dòng ngắn mạch ở chế độ min:
Hoàn toàn tương tự ở chế độ max:
Ở chế độ làm việc min ta có:
* X1HT=0,029; X0HT=0,023
* Chỉ có một máy biến áp làm việc: XB=0,125
* Các dạng ngắn mạch cần xét: N(2), N(1,1) , N(1)
* Để khảo sát sự cố ngắn mạch trên đường dây ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4
đoạn bằng nhau, tức là ta sẽ có 9 điểm tính ngắn mạch được ký hiệu trong hình từ N 1÷N9
Ta tiến hành tính toán một cách tương tự như ở chế độ max. Kết quả thu được trong bảng
dưới đây:

Bảng 2: Tổng hợp tính toán các trị số dòng điện ngắn mạch trong chế độ min
tại các điểm ngắn mạch ứng với từng loại ngắn mạch.

Vị trí

N1

N2

N3

N4

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

N5

N6

N7

N8

N9
Trang 19


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Dòng NM
I N( 2)

5.094

3.146

2.276

1.783

1.465

1.301

1.169

1.062

0.973

IN

4.720

2.968

2.191

1.741

1.445

1.290

1.165

1.062

0.976

I0

1.604

0.793

0.527

0.395

0.315

0.277

0.246

0.222

0.202

IN

4.750

2.708

1.893

1.456

1.182

1.045

0.936

0.848

0.775

I0

1.583

0.903

0.631

0.485

0.394

0.348

0.312

0.283

0.258

I N min (kA)

4.720

2.708

1.893

1.456

1.182

1.045

0.936

0.848

0.775

I 0 N min

1.583

0.793

0.527

0.395

0.315

0.277

0.246

0.222

0.202

4.749

2.379

1.185

0.945

0.831

0.738

0.666

0.606

I N(1,1)
I

(1)
N

3I0Nmin(kA)

1.581

II.3 Xây dựng quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch với chiều dài đường dây:
Trong chế độ cực đại, ta có:
Bảng 3: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực đại

Dòng ngắn
N1
mạch

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

I N max ( kA)

8.895 4.555 3.079 2.325 1.868 1.639 1.460 1.316 1.198

I 0 N max

3.015 1.229 0.775 0.566 0.446 0.388 0.344 0.308 0.279

3.I 0 N max (kA)

9.045 3.687 2.325 1.698 1.338 1.164 1.032 0.924 0.837

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 20


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Hình 1: Biến thiên dòng ngắn mạch theo độ dài đường dây

Trong chế độ cực tiểu:
Ta có bảng tổng hợp giá trị các dòng ngắn mạch sau
Bảng 4: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực tiểu

Dòng ngắn
N1
mạch

N2

I N min (kA)

4.720

2.708 1.893 1.456 1.182 1.045 0.936 0.848

0.775

I 0 N min

1.583

0.793 0.527 0.395 0.315 0.277 0.246 0.222

0.202

3.I 0 N min (kA)

4.749 2.379 1.581 1.185 0.945 0.831 0.738 0.666 0.606

N3

N4

N5

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

N6

N7

N8

N9

Trang 21


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Hình 2 Biến thiên dòng ngắn mạch trong chế độ cực tiểu theo độ dài đường dây

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 22


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu
CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÀI ĐẶT
III.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh:
+ Cắt nhanh theo dòng pha:
Trị số của dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh được chọn theo công thức:
Ikđ = kat.INngmax
Trong đó:
- kat = 1,2: hệ số an toàn.
- INngmax: dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất ứng với khi nguồn mang

công suất cực đại, thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây
(dòng ngắn mạch 3 pha).
Ta chọn dòng khởi động cho bảo vệ cắt nhanh các đoạn đường dây L1 và L2.
+ Đoạn L1:
có INngoaimax = IN5 = 1,868 kA
Ikđ1 = 1,2.1,868 = 2,2416 kA
+ Đoạn L2:
có INngoaimax = IN9 = 1,198 kA
Ikđ2 = 1,2.1,198 = 1,4376 kA
+ Cắt nhanh thứ tự không:
Dòng làm việc của bảo vệ cắt nhanh thứ tự không cũng được chọn tương tự như
trường hợp cắt nhanh theo dòng pha.
I0kđ = kat.3I0Nmax
Với bảo vệ trên đường dây D1, D2:
I0kđ1 = kat.3I0N5max = 1,2.1,338 = 1,6056 kA
I0kđ2 = kat.3I0N9max = 1,2.0,837 = 1,0044 kA
III.2) Bảo vệ quá dòng có thời gian:
Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được chọn theo công thức sau:

I kd (51) =

k at .k mm
×I lv max
kv

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

(Lấy

k at .k mm

= 1,6 )
kv
Trang 23


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

Trong đó:
- k v : Hệ số trở về.
- k mm : Hệ số mở máy của các phụ tải động cơ có dòng điện chạy qua
chổđặt bảo vệ
- k at : Hệ số an toàn.
- I lv max : Dòng điện làm việc lớn nhất
Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng có thời gian trên đoạn đường dây:
+ Đoạn L1:
Ilvmax1 = 276 A
Ikđ1 = 1,6.276 = 626,02 A=0,626kA
+ Đoạn L2:
Ilvmax2 = 126 A=0,126kA
Ikđ2 = 1,6.126= 201,6A=0,202kA
Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:
Đặc tính thời gian của rơle: t =

80
Tp, s
I −1
2
*

Với: I* =

I
I kd

III.3.1 Chế độ cực đại:
Với đường dây D2: Ikđ = 0,202 kA
• Xét điểm ngắn mạch N9: IN9 = 1,198 kA

I* =

I N 9 1,198
=
= 5,931
I kd 0,202

t 2 N 9 = t pt 2 + ∆t = 0,75+0,3=1,05 s

Tp2

I *2 − 1
5,9312 − 1
=
.t 2 N 9 =
.1,05 = 0,449
80
80

• Xét điểm ngắn mạch N8: I8 = 1,316 kA

I* =

IN8
I kđ 2−51

=

1,316
= 6,515
0,202

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 24


Đồ án môn học Rơle

GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

80
80
Tp2 =
.0,449 = 0,867 s
I −1
6,515 2 − 1

t2N 8 =

2
*

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây D2:
Giá trị thời gian khởi động của các rơ le cho từng điểm ngắn mạch

I N max , kA
t2, s

N5

N6

N7

N8

N9

1.868
0.425

1.639
0.554

1.460
0.701

1.316
0.867

1.198
1.05

Với đường dây L1:
Xét điểm ngắn mạch N5: IN5 = 1,868 kA; tpt1 = 1s; t2N5=0,425
I
1,868
I* = N 5 =
= 2,984
I kd 1 0,626

{

}

t1N 5 = max t 2 N 5 , t pt1 + ∆t
t1N 5 = 1 + 0,3 = 1,3s
I *2 − 1
2,984 2 − 1
T p1 =
.t1N 5 =
.1,3 = 0,128( s )
80
80
Xét điểm ngắn mạch N4: IN4 = 2,325 kA
I* =

IN4
I kđ 1−51

t1N 4 =

=

2,325
= 3,714
0,626

80
80
T p1 =
.0,128 = 0.8( s )
I −1
3,714 2 − 1
2
*

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây D1:
Giá trị thời gian khởi động của các rơ le cho từng điểm ngắn mạch

N1
I N max , kA 8.895

N2

N3

N4

N5

4.555

3.079

2.325

1.868

t1, s

0.197

0.442

0.800

1.3

0.051

Từ các số liệu tính toán ta vẽ được đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có đặc tính thời
gian phụ thuộc trong chế độ cực đại như sau:

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2

Trang 25