đồ án bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Lời nói đầu
Điện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con
người. Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như:
công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ ... Chính vì thế để
đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và đảm bảo với chất lượng cao thì hệ
thống bảo vệ rơle là không thể thiếu trong mỗi hệ thống điện. Hệ thống bảo vệ có
thể coi như người gác đền trung thành trong việc đảm bảo cho hệ thống điện hoạt
động một cách tốt nhất. Nên việc 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 lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng
kiến thức quan trọng của kỹ sư ngành hệ thống điện.
Khi làm Đồ án môn học “Bảo vệ Rơle” đã giúp em có thêm thời gian cũng
như việc tìm hiểu thêm được rất nhiều kiến thức về phương thức bảo vệ trong hệ
thông điện bằng các Rơle.
Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS.Tạ Tuấn
Hữu, em đã hoàn thành bản đồ án này. Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn
hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy trong những lần sau.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 1 tháng 12 năm 2010
Sinh viên:
Đậu Viết Cường

SV:Đậu Viết Cường

1

Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu
A. PHẦN LÝ THUYẾT

I.
Nhiệm vụ và các yêu cầu của bảo vệ rơle.
1. Nhiệm vụ :

Khi thiết kế và vận hành bất kì một Hệ thống điện (HTD) nào cần phải kẻ đến
khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường của
HTD ấy. Ngắn mạch là sự cố nguy hiểm nhất trong HTD, hậu quả của nó là :
 Sụt thấp điện áp ở một phần lớn của HTD
 Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và
cơ
 Hồ quang tại chỗ ngắn mạch(NM) nếu để lâu sẽ đốt cháy thiết bị và có
thể gây hỏa hoạn
 Phá hủy tính ổn định của HTD và hậu quả nguy hiểm nhất là gây tan rã
HTD.
Ngoài các loại hư hỏng, trong HTD còn có các tình trạng làm việc không bình
thường, một số các tình trạng đó là quá tải. Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các
phần tử dẫn đến quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoạc đôi
khi bị phá hủy.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể thực hiện các
biện pháp cắt nhanh phần tử bị sự cố, hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ những
tình trạng làm việc không bình thường có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị và hộ
dùng điện. Và các phần tử còn lại vẫn duy trì hoạt động bình thường và giảm mức
độ hư hại của phần tử bị sự cố. Như vậy chỉ có thiết bị tự động bảo vệ mới thực

hiện được yêu cầu trên, các mạng điện hiện đại không thể làm việc nếu thiếu các
hệ thống bảo vệ tự động vì nó theo dõi liên tục tình trạng làm việc và chế độ làm
việc của các phần tử trong HTD. Thiết bị đó được gọi là rơle.
Vậy rơle phát hiện cho tín hiệu đi cắt các phần tử bị hư hỏng thông qua các máy
cắt(MC) và ghi nhận và phát hiện các tình trạng làm việc không bình thường của
các phân tử trong HTD, tùy theo yêu cầu có thể tác động để khôi phục chế độ vận
hành bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên trực vận hành hoặc đi cắt máy
cắt.
2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle.
a. Tính chọn lọc :
Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị hư hỏng, sự
cố ra khỏi HTD. Khi có nguồn dự trữ cho hộ tiêu thụ, tác động như vậy tảo khả
năng cho hộ tiêu thụ tiếp tục được cung cấp điện.
Theo nguyên lý làm việc, chia làm các loại bảo vệ sau :
• Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối : là ngoài việc tác động trong vùng quy
định, còn có dự phòng cho các phần tử bên cạnh.
SV:Đậu Viết Cường

2


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối : chỉ tác động duy nhất trong vùng quy định,
không có nhiệm vụ dự phòng.
Ví Dụ : Cho mạch điện sau :
•

Nếu NM tại N1 thì bảo vệ 6 hoạt động, đương dây D3 vẫn hoạt động bình
thường. Còn nếu NM tại N2 thì đường dây D1 được cắt ra khỏi mạng từ hai phía
nhờ MC1 và MC2, đường dây D2 vẫn làm việc bình thường.
Do đó yêu cầu về chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất để đảm bảo cung cấp điện an
toàn cho hộ tiêu thụ. Nếu bảo vệ tác động không có chọn lọc thì sự cố có thể lan
rộng.
b. Tác động nhanh.
Càng cắt nhanh phần tử bị sự cố càng hạn chế được mức độ phá hoại phần tử đó,
càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ tiêu thụ và càng tăng khả năng giữ ổn
định của HTD.
Để giảm thời gian tác động nhanh cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị
bảo vệ. Tuy nhiên khi kết hợp chọn lọc phải thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh, hai
điều kiện này đôi khi mâu thuẫn nhau và nếu kết hợp thì phải sử dụng các thiết bị
bảo vệ phức tạp và đắt tiền. Vì vậy yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tùy thuộc vào
những điều kiện cụ thể của mạng điện và tình trạng làm việc của các phần tử được
bảo vệ trong HTD.
Thời gian cắt sự cố : tC = tBV+ tMC
Trong đó: tBC : thời gian tác động của bảo vệ
tMC : thời gian tác động của máy cắt.
Ví Dụ : Cấp 500kV : tC = (0,08÷0,12)s
Cấp 110÷220kV : tC = (0,15÷0,3)s
Cấp 6, 10, 22, 35 kV : tC = (1,5÷3)s khi xa nguồn
Thông thường : tBV= (0,04÷0.08)s
tMC = (0,15÷0,6)s

SV:Đậu Viết Cường

3

Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Việc chế tạo bảo vệ vừa chọn lọc vừa tác động nhanh là vấn đế khó khăn, các
bảo vệ này phức tạp và đắt tiền. Để đơn giản có thể thực hiện cắt nhanh không
chọn lọc, sau đó dùng thiết bị tự động đóng lại phần tử bị cắt không chọn lọc.
c. Độ nhạy.
Là khả năng bảo vệ “ cảm nhận” được chế độ làm việc bình thường hoặc không
bình thường hoặc sự cố trong HTD.
Thường độ nhạy được đặc trưng bởi hệ số độ nhạy:
Đại lượng tác động tối thiểu
Kn =
Đại lượng đặt
Độ nhạy của bảo vệ thường được đánh giá bởi hệ số Kn
+ Đối với bảo vệ cực đại tác động đại lượng theo dõi tăng khi có hư hỏng thì K n
được xác định :

Kn =

I N min
I kd

INmin : dòng NM nhỏ nhất qua bảo vệ
Ikd : giá trị dòng nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động
+ Đối với bảo vệ tác động theo đại lượng giảm ( vd : bảo vệ áp ), khi đại lượng
theo dõi giảm, hệ số Kn được xác định

Kn =

U kd
U N max

Ukd : điện áp dư còn lại lớn nhất khi hư hỏng
UNmax : điện áp khởi động của bảo vệ .
d. Độ tin cậy
- Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo về làm việc đúng, chắc chắn. Người ta
phân biệt:
- Độ tin cậy khi tác động : được định nghĩa như “ mức độ chắc chắn rằng rơ le
hoặc hệ thống rơ le sẽ tác động đúng”.
- Độ tin cậy không tác động : “ mức độ chắc chắn rằng rơ le hoặc hệ thống rơle sẽ
không làm việc sai”.
- Độ tin cậy khi 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, còn độ tin cậy không tác
SV:Đậu Viết Cường

4


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

động là khả năng bảo vệ 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.
e. 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 của công trình. Vì vậy
yêu cầu về kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật trên đóng vai trò quyết
định, vì nếu không thoả mãn được 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 cân nhắc tính kinh tế trong
lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và chi
phí thấp nhất.
- Năm yêu cầu trên trong nhiều trường hợp mâu thuẫn nhau, ví dụ muốn có được
tính chọn lọc và độ nhạy cao cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp, bảo vệ
càng phức tạp, càng khó thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy; hoặc những yêu cầu cao
về kỹ thuật sẽ làm tăng chi phí cho thiết bị bảo vệ. Vì vậy trong thực tế cần dung
hòa ở mức tốt nhất các yêu cầu trên trong quá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ
cũng như tổ hợp toàn bộ các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động trong hệ thống
điện.
1.2 Các nguyên tắc của bảo vệ đã học :
1.2.1 Bảo vệ quá dòng:
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 phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia
làm hai loại:
+ Bảo vệ dòng điện cực đại.
+ Bảo vệ dòng điện cắt nhanh.
1. Bảo vệ dòng điện cực đại :
a, Chọn dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại.
Theo nguyên tắc tác động, dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng
điện phụ tải cực đại ILv.max của đường dây được bảo vệ. Tuy nhiên việc chọn dòng
điện khởi động còn phụ thuộc vào nhiều điều kiện nặng nề hơn.
Dòng điện tự mở máy Im.m.max > Ilvmax :
Im.m.max = km.m Ilvmax ;
SV:Đậu Viết Cường

5


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Trong đó : km.m - hệ số tự mở máy của các động cơ có trị số phụ thuộc vào loại
động cơ, vị trí tương đối giữa chỗ đặt bảo vệ và các động cơ, sơ đồ mạng điện và
một số yếu tố khác. Thường km.m = 2 ÷ 3
Dòng điện trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện mở máy cực đại, nghĩa
là:
ITrV = kat km.m Ilv.max
Trong đó kat - hệ số an toàn, thường lấy kat = 1,1 ÷ 1,2.
Từ quan hệ giữa dòng điện trở về IV và dòng điện khởi động Ikđ :
IV
I Kd

= kTV
Tính được dòng điện khởi động của bảo vệ
IV
k .k
= at m.m
kTV
kTV
IKđ =
ILVMax

Hình 1. Thí dụ về cách tính dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện
cực đại

(a) Sơ đồ nguyên lý
SV:Đậu Viết Cường
6 động
(b) Chọn dòng điện khởi


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Hệ số trở về kTV của rơ le phụ thuộc tính chất cơ và điện của cấu tạo rơ le.
Trong các rơ le lý tưởng kTV = 1, nhưng thực tế do ma sát trong phần động và do
một số yếu tố khác các rơ le có kTV < 1.
Nếu xét đến hệ số sơ đồ và hệ số biến đổi n i của biến dòng điện thì dòng điện
khởi động của IkđR rơ le bằng:

I kdR =

kat .km.m .ksd
.I lv max
kv .ni

b, Chọn thời gian làm việc
Trong các lưới điện hở có một nguồn cung cấp, độ chọn lọc của bảo vệ dòng
điện cực đại được đảm bảo bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng
cấp. Thời gian làm việc của hai bảo vệ kề nhau được chọn lớn hơn nhau một lượng
Δt, trong đó bảo vệ đặt ở gần nguồn có thời gian làm việc lớn hơn.
2. Bảo vệ dòng điện cắt nhanh :
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách
chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất

đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo.

Hình 2. Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh
(a) Sơ đồ nguyên lý
(b) Chọn dòng điện khởi động
SV:Đậu Viết Cường
7


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh:
IKđ = kat.INng.Max
Trong đó: INng.Max- dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính
theo ngắn mạch ba pha trực tiếp tại điểm N với chế độ làm việc
cực đại của hệ thống.
kat- Hệ số an toàn, thường lấy bằng 1,2 ÷ 1,3.
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s)
để tránh cho bảo vệ làm việc mất chọn lọc khi có giông sét và thiết bị chống sét tác
động.
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh có nhược điểm là không bảo vệ được toàn bộ đối
tượng, khi có ngắn mạch ở cuối phần tử (N1) bảo vệ cắt nhanh không tác động, mặt
khác vùng tác động của bảo vệ L CN có thể thay đổi nhiều khi chế độ của hệ thống
và dạng ngắn mạch thay đổi.
Nhược điểm chung của nguyên lý quá dòng điện là không đảm bảo được tính
chọn lọc của bảo vệ trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp.
1.3.Bảo vệ đường dây tải điện :
Phương pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các đường dây tải điện phụ thuộc

nhiều yếu tố như: Đường dây trên không hay dây cáp, chiều dài đường dây, công
suất truyền tải và tầm quan trọng của đường dây, số mạch truyền tải và vị trí của
đường dây …..
Theo cấp điện áp người ta phân biệt:
U < 1 kV
- Đường dây hạ áp
1 kV ≤ U ≤ 35 kV
- Đường dây trung áp
66 kV ≤ U ≤ 220 kV
- Đường dây cao áp
330 kV ≤ U ≤ 1000 kV
- Đường dây siêu cao áp
U > 1000 kV
- Đường dây cực cao áp
Đuờng dây cấp điện áp danh định từ 220 kV trở lên được gọi là đường dây
truyền tải và từ 110 kV trở xuống được gọi là đường dây phân phối.
Những sự cố thường gặp đối với đường dây tải điện là ngắn mạch (Nhiều pha
hoặc một pha), chạm đất một pha (trong lưới điện có trung điểm cách điện hoặc
nối qua cuộn PETERSEN) quá điện áp (khí quyển hoặc thao tác ), đứt dây và quá
tải.
Để chống các dạng ngắn mạch trong lưới hạ áp thường người ta dùng cầu
chảy hoặc áp tô mát.
SV:Đậu Viết Cường

8


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Để bảo vệ các đường dây trung áp (U≤35kV) chống ngắn mạch, người ta
dùng các loại bảo vệ sau:
- Quá dòng điện cắt nhanh hoặc có thời gian (với đặc tính độc lập hoặc phụ
thuộc)
- Quá dòng điện có hướng
- So lệch dùng cáp thứ cấp chuyên dùng
- Khoảng cách
Đối với đường dây cao áp (66÷220kV) và siêu cao áp (330÷1000kV) thường
dùng các loại bảo vệ :
- So lệch dòng điện
- Khoảng cách
- So sánh tín hiệu
- So sánh pha
- So sánh hướng (công suất hoặc dòng điện)
1.3.1 Bảo vệ quá dòng điện :
1. Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50/I>>) :
Từ nguyên tắc chọn dòng điện khởi động để đảm bảo tính chọn lọc, vùng tác
động của bảo vệ không thể bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây được bảo vệ và
thay đổi theo trị số của dòng điện ngắn mạch và bảo vệ (tức là thay đổi theo dạng
ngắn mạch và theo chế độ vận hành của hệ thống).
Để ngăn chặn bảo vệ cắt nhanh làm việc sai khi có sét đánh vào đường dây
(khi ấy các chống sét van làm việc, hoặc khi đóng máy biến áp có thể vượt quá trị
số đặt của bảo vệ cắt nhanh) thông thường người ta cho bảo vệ làm việc chậm lại
khoảng 50 - 80 mi li giây.
Với lưới điện có trung điểm nối đất trực tiếp, để chống cả ngắn mạch 1 pha
người ta sử dụng sơ đồ ba máy biến dòng và ba rơ le nối hình sao đủ, hoặc ba máy
biến dòng nối theo bộ lọc thứ tự không và một rơ le dòng điện làm việc theo dòng
thứ tự không Io.
Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không thường có độ nhậy cao hơn và vùng bảo vệ ổn

định hơn khi chế độ vận hành của hệ thống thay đổi.
Đối với các đường dây có hai nguồn cung cấp, nếu bảo vệ cắt nhanh đặt ở hai
đầu đường dây không có bộ phận định hướng công suất thì dòng điện khởi động ở
cả hai đầu phải chọn theo dòng điện ngắn mạch lớn nhất xảy ra trên một trong hai
thanh góp đầu đường dây.
Chẳng hạn, khi hệ thống A có công suất lớn hơn hệ thống B thì dòng khởi
động phải chọn theo điều kiện ngắn mạch 3 pha trực tiếp trên đầu đường dây B.
SV:Đậu Viết Cường

9


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Nếu chênh lệch công suất giữa hai hệ thống quá lớn, vùng tác động của bảo vệ cắt
nhanh phía hệ thống công suất bé sẽ rất hạn chế, để khắc phục nhược điểm này cần
đặt bộ phận định hướng công suất ở đầu có nguồn dòng ngắn mạch bé hơn.

Hình 6
Bảo vệ cắt nhanh đường
dây có hai nguồn cung
cấp

Nếu ngoài đường dây được bảo vệ giữa các thanh góp A và B còn có liên hệ
vòng khác thì sau khi bảo vệ một đầu đã tác động cắt máy cắt, dòng ngắn mạch ở
đầu còn lại có thể tăng lên và vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh ở đầu này có thể
mở rộng ra (đây là hiện tượng khởi động không đồng thời của bảo vệ cắt nhanh).
2. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian :

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường dùng để bảo vệ các đường dây
trung áp hình tia. Tính chọn lọc của bảo vệ được đảm bảo bằng nguyên tắc phân
cấp việc chọn thời gian tác động. Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thời gian tác
động càng lớn.
Có hai loại đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng điện: đặc tính độc
lập và đặc tính phụ thuộc.

SV:Đậu Viết Cường

10


(a)

Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Hình 7
Đặc tính thời gian của
bảo vệ quá dòng điện
a) Độc lập;
b) Phụ thuộc.

Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính độc lập không phụ thuộc vào trị số
dòng điện chạy qua bảo vệ (hình 7,a), còn của bảo vệ đặc tính thời gian phụ thuộc
thì tỷ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ: dòng càng lớn thời gian tác động
càng ngắn (hình 7,b).
(b)

Trên hình 8, trình bày cách phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng
trong mạng điện hình tia (hình 8,a) cho trường hợp đặc tuyến độc lập (hình 38,b)
và đặc tuyến phụ thuộc (hình 8,c).
(c)
Trên các hình 8,b và hình 8,c; ∆t giữa hai đặc tuyến lân cận nhau được gọi là
cấp chọn lọc về thời gian, nó phụ thuộc vào sai số của bản thân rơ le cũng như thời
gian cắt của máy cắt điện.
Đối với các rơ le điện cơ thường lấy ∆t = 0,4 - 0,5 giây
Với các rơ le số ∆t = 0,2 - 0,3 giây.
SV:Đậu Viết Cường

11


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Bảo vệ quá dòng thứ tự không có độ nhạy cao hơn (vì không phải chỉnh định
theo dòng phụ tải cực đại), thời gian làm việc bé hơn so với bảo vệ quá dòng cùng
cấp (vì số cấp chỉnh định thời gian trong mạng thứ tự không ít hơn nhiều so với số
cấp trong mạng thứ tự thuận).
3. Bảo vệ quá dòng có khoá điện áp thấp :
Trong nhiều trường hợp bảo vệ quá dòng điện có thời gian với dòng điện khởi
động chọn theo ILvmax có thể không đủ độ nhậy, vì dòng điện làm việc cực đại I Lvmax
chạy qua phần tử được bảo vệ có trị số quá lớn, chẳng hạn khi tách mạch vòng của
lưới điện, khi cắt một số đường dây hoặc máy biến áp làm việc song song. Trong
một số lưới điện với nguồn công suất ngắn mạch yếu, nếu theo dòng điện I Lvmax ở
chế độ này thậm chí bất đẳng thức
K at .K m

KV

INmin > IKđ =
.ILvmax
không thể thoả mãn được.
Trong điều kiện như vậy, để nâng cao độ nhậy của bảo vệ quá dòng điện có
thời gian, đảm bảo cho bảo vệ có thể phân biệt được ngắn mạch và quá tải, người
ta thêm vào sơ đồ bảo vệ bộ phận khoá điện áp thấp.
I

Hình 9 Bảo vệ quá dòng điện có khoá điện áp thấp

~

51
I>

&

BU

t

27
U<

Bộ phận khoá điện áp thấp (U<) sẽ làm việc phối hợp với bộ phận quá dòng
(I>) theo lô gích "và" (&). Khi có ngắn mạch dòng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ
tăng cao còn điện áp thì giảm thấp, hai sự kiện này xảy ra đồng thời, bảo vệ sẽ tác
động. Còn khi quá tải dòng điện có thể vượt quá giá trị chỉnh định tuy nhiên điện

áp chỉ giảm ít, bộ khoá điện áp thấp không làm việc nên bảo vệ không tác động.
Điện áp khởi động của bộ khoá điện áp thấp chọn theo điều kiện:

SV:Đậu Viết Cường

12


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu
U LV min
nu

> Ukđ >

U N max
nu

Trong đó:
ULvmin - Điện áp làm việc tối thiểu cho phép tại chỗ đặt bảo vệ trong điều kiện
quá tải nặng nề nhất.
UNmax - Điện áp dư lớn nhất tại chỗ đặt bảo vệ khi có ngắn mạch ở cuối vùng
bảo vệ của bảo vệ quá dòng.
nu
- Tỷ số biến đổi của máy biến điện áp.
Rơ le dòng điện trong trường hợp này làm nhiệm vụ không cho bảo vệ tác
động nhầm trong trường hợp đứt cầu chì trong mạch rơ le điện áp.

B.PHẦN BÀI TẬP

Chương 1 :
Chọn Máy Biến Dòng Điện
Tính toán bảo vệ cho đường dây L1 như sơ đồ :

Cho các thông số dưới đây :
• Hệ thống điện : SNmax = 2000 MVA ,SNmin = 0,7 . SNmax
X0HT = 0,8 .X1HT
• Máy biến áp B1 và B2 :
Sdđ = 2*15 = 30(MVA)
Cấp điện áp k=U1/U2=115/24 kV
UK % = 12,5 %
• Đường dây :
SV:Đậu Viết Cường

13


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

D1 : L1 = 15 km, AC-100; Z1 = 0,27 + j 0,39 ( /km) , Z0 = 0,48+ j 0,98 (
/km)
D2 : L2 = 10 km, AC-75; Z1 = 0,36 + j 0,41 ( /km) , Z0 = 0,56+ j 1,02 (
/km)
• Phụ tải:
ϕ1

P1= 3(MW) ; cos = 0,85; tpt1 = 1 (s)
P2= 5(MW) ; cos

ϕ2

= 0,85; tpt2 = 0,5 (s)
t=

•

Đặc tính thời gian của Role :

120
Tp, s
I* − 1

I.Tính toán lựa chọn tỷ số biến đổi của biến dòng BI1,BI2:
Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn theo công thức
I
nBI = S
IT
Trong đó:

IT – dòng điện thứ cấp qua BI, IT = 1A.
IS – dòng điện sơ cấp qua BI.

Cách tính IS:
IS được chọn theo điều kiện:
max
I S ≥ lvBI

Với

max
I lvBI

dòng điện làm việc lớn nhất qua BI.

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

max
lvBI 2

P2
3.U 2 cos Φ 2

=

U tb22 = 24kV

.

5
= 0,142(kA)
3.24.0,85

= kqt .I pt 2 = 1, 4.0,142 = 0,198( kA) = 198( A)

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy: 10-12.5-15-20-25-30-40-5060(A) và các bội số 10-100-1000 của nó.
SV:Đậu Viết Cường

14


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu
max
IS2 ≥ I lvBI
2 = 198( A)

Nên ta chọn IS2 =200(A).
nBI 2 =

Như vậy tỉ số biến đổi của BI2 là:
1.2. Chọn tỉ số biến đổi cho BI1:
Dòng làm việc lớn nhất của BI1:
I pt1 =
I

max
lvBI 1

P1
3.U1 cos Φ1

=

200
= 200
1

3
= 0, 085(kA)
3.24.0,85

= kqt .( I pt1 + I pt 2 ) = 1, 4.(0, 085 + 0,142) = 0,317( kA) = 317( A)

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy: 10-12.5-15-20-25-30-40-5060(A) và các bội số 10-100-1000 của nó.
max
IS1 ≥ I lvBI
1 = 317( A)

Nên ta chọn IS1 =400(A).
nBI 2 =

Như vậy tỉ số biến đổi của BI1 là:

400
= 400
1

Chương II :
Tính toán ngắn mạch
Giả thiết quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua:
+ Bão hoà từ.
+ Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trử của MBA và cả đường dây.
+ Ảnh hưởng của phụ tải…

2.1. 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.

115
= 115(kV )
24

Dòng điện cơ bản trên các đoạn:

SV:Đậu Viết Cường

15


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

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

-

X0HT =0,8 . X1HT
Chế độ cực đại: SNmax =2000 MVA
X 1HT

-

U tb2 Scb Scb
=
.
=
S N U cb2 S N

U tb2 Scb Scb
30
=
. 2 =
=
= 0,015
S N U cb S N 2000

X0HT =0,8 . 0,015=0,012
Chế độ cực tiểu: SNmin =0,7. SNmax =0,7.2000=1400 MVA
X 1HT

U tb2 Scb Scb
30
=
. 2 =
=
= 0, 02143
S N U cb S N 1400

X0HT =0,8 . 0,02143=0,0171
• 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
12,5 115 2 30

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

X B 2 = X 1 = 0,125
•

Đường dây:
Đường dây là đường dây đơn nên ta có:
X D*(cb ) = xi .Li .

-

S cb
2
U cbI

Với D1: L1 = 15 km, AC – 100

SV:Đậu Viết Cường

16


Đồ Án Rơle
X 1D1 = x1.L1.

GVHD: Tạ Tuấn Hữu
Scb
30
= 0,39.15. 2 = 0, 305
2
U cbI
24

X 0 D1 = x0 .L0 .

-

Scb
30
= 0,98.15. 2 = 0, 766
2
U cbI
24

Với D2: L2 = 10 km, AC – 75
X 1D 2 = x1 .L1 .

Scb
30
= 0, 41.10. 2 = 0, 214
2
U cbI
24

X 0 D 2 = x0 .L0 .

Scb
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.
2.2. Sơ đồ thay thế:
Chia mỗi đường dây thành 4 đoạn bằng nhau, ta có 9 điểm cần tính ngắn
mạch như hình vẽ:
•

2.3. Tính dòng ngắn mạch ở chế độ max:
Ở chế độ làm việc max ta có:
* X1H = 0,015; X0H=0,012
* Hai MBA làm việc song song: XB/2 = 0,125/2 = 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:
X1= X1D1/4=XD1/4=0,305/4=0,076
SV:Đậu Viết Cường

17


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

X01= X0D1/4=X0D1/4=0,766/4=0,192
X2= X2D2/4=XD2/4=0,214/4=0,0535
X02= X0D2/4=X0D2/4=0,531/4=0,133
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
I 1N

( n)

=

1
X 1∑ + X ∆

(n)

theo công thức:
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 I N(n) =
m.I1N(n)
Ta có bảng tóm tắt sau:
Dạng ngắn
mạch

n

XΔ(n)

m(n)

N(1)

1

X2∑ + X0∑

3

N(2)

2

X2∑

3

N(1,1)

1,2

X2∑ // X0∑

N(3)

3

0

a. Xét điểm ngắn mạch N1:
Điện kháng thứ tự thuận là:
X1∑N1=X1H+X1B/2=0,015+0,125/2=0,0775
Điện kháng thứ tự nghịch là:
X2∑N1= X1∑N1=0,0775
Điện kháng thứ tự không là:
X0∑N1=X0H+ X0B/2=0,012+0,125/2=0,0745
Tính điện kháng phụ cho các dạng ngắn mạch:
Điện kháng phụ ngắn mạch một pha là:
XΔN1(1)=X0∑N1+X2∑N1=0,0745+0,0775=0,152
Điện kháng phụ ngắn mạch 2 pha chạm đất là:

SV:Đậu Viết Cường

18

3. 1 −

X 2∑ × X 0∑
( X 2∑ + X 0∑ )2

1


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

X ∆(1,1)

N1 =

X 0 ∑ N 1. X 2 ∑ N 1
0, 0745.0, 0775
=
= 0, 038
X 0 ∑ N 1 + X 2 ∑ N 1 0, 0745 + 0, 0775

Tính các dạng ngắn mạch:
• Dòng điện ngắn mạch 3 pha là:
I N(3)1* =

1
X 1∑ N 1*

=

1
= 12,903
0, 0775

Dòng điện ngắn mạch 3 pha trong hệ đơn vị có tên:
I N(3)1 = I N(3)1* .I cbI = 12,903.
•

30
= 9,312( kA)
3.24

Dòng điện thứ tự thuận khi ngắn mạch một pha là:

I1(1)N 1 = 1/ ( X 1∑ N 1 + X ∆(1)N 1 ) = 1/ (0, 0775 + 0,152) = 4,357

•

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch một pha là:
I 0(1)N 1 = I1(1)N 1* = 4,357

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch một pha trong hệ đơn vị có tên:
I 0(1)N 1 = I1(1)N 1* .I cb1 = 4,357.

30
= 3,145(kA)
3.24

+Dòng điện ngắn mạch một pha tổng hợp là:
I N(1)1* = mI1(1)N 1* = 3.4,357 = 13, 071

Dòng điện ngắn mạch một pha trong hệ đơn vị có tên:
I N(1)1 = I N(1)1* .I cb1 = 13, 071.
•

30
= 9, 433(kA)
3.24

Dòng điện thứ tự thuận khi ngắn mạch 2 pha chạm đất là:
(1,1)
I1(1,1)
N 1 = 1/ ( X 1∑ N 1 + X ∆N 1 ) = 1/ (0,0775 + 0,038) = 8, 658

•

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch 2 pha chạm đất là:
(1,1)
I 0(1,1)
N 1 = I1 N 1 .

X 2∑ N1
0, 0775


= 8, 658. 
÷ = 4, 414
X 2 ∑ N1 + X 0 ∑ N1
 0, 0775 + 0, 0745 

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch 2 pha chạm đất trong hệ đơn vị có
tên:
SV:Đậu Viết Cường

19


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu
30
= 3,186(kA)
3.24

(1,1)
I 0(1,1)
N 1 = I 0 N 1* .I cb1 = 4, 414.

3. 1 −

•

Dòng điện ngắn mạch 2 pha chạm đất tổng hợp là:
(1,1)
I N(1,1)
1* = mI1N 1 = 8, 658. 3 1 −

X 2∑ × X 0∑
(X 2∑ + X 0∑ )2

0,0775.0, 0745
. = 12,988
(0,0775 + 0, 0745) 2

Dòng điện ngắn mạch 2 pha trong hệ đơn vị có tên:
(1,1)
I N(1,1)
1 = I N 1* .I cb1 = 12,988.

30
= 9,373( kA)
3.24

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch N2→N9.Ta có bảng 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

12,903

6,510

IN

12,988

I0

3

4

5

6

7

8

9

4,360 3,270

2,620

2,300

2,050

1,850

1,680

6,050

3,990 2,980

2,38

2,090

1,860

1,670

1,520

4,414

1,460

0,870 0,620

0,480

0,420

0,370

0,330

0,300

IN

13,071

5,230

3,270 2,380

1,870

1,630

1,440

1,290

1,170

I0

4,357

1,740

1,090 0,790

0,620

0,540

0,480

0,430

0,390

I N max

13,071

6,510

4,360 3,270

2,620

2,300

2,050

1,850

1,680

I N max (kA)

9,433

4,698

3,147 2,360

1,891

1,660

1,479

1,335

1,212

Đường NM

I N( 3)

I

(1,1)
N

I

(1)
N

SV:Đậu Viết Cường

20


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

I 0 N max

4,414

1,740

1,090 0,790

0,620

0,540

0,480

0,430

0,390

3.I 0 N max (kA)

9,557

3,767

2,360 1,710

1,342

1,169

1,039

0,931

0,844

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:
* X1H=0,02143; X0H=0,0171
* 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 N1÷N9 ta có:
X1= X1D1/4=XD1/4=0,305/4=0,0763
X01= X0D1/4=X0D1/4=0,766/4=0,192
X2= X2D2/4=XD2/4=0,214/4=0,0535
X02= X0D2/4=X0D2/4=0,531/4=0,133
Ta tiến hành tính toán một cách tương tự như ở chế độ max.Ta có bảng sau:
30
(2)
(2)
I N cot en = I Nkoten .
24

SV:Đậu Viết Cường

21


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

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

N5

N6

N7

N8

N9

3,415

2,245

1,67
2

1,33
2

1,10
7

0,99
0

0,89
5

0,81
7

0,751

IN

6,864

4,237

3,10
2

2,45
1

2,02
8

1,81
0

1,63
4

1,48

9

1,368

I0

2,322

1,122

0,74
0

0,55
2

0,44
0

0,38
6

0,34
4

0,31
0

0,282

IN

6,897

3,848

2,66
9

2,04
3

1,65
4

1,46
1

1,30
8

1,18
4

1,082

I0

2,299

1,283

0,89
0

0,68
1

0,55
1

0,48
7

0,43
6

0,39
5

0,361

I N min

3,415

2,245

1,67
2

1,33
2

1,10
7

0,99
0

0,89
5

0,81
7

0,751

I N min ( kA)

4,269

2,806

2,09
0

1,66
5

1,38
4

1,23
8

1,11
9

1,02
1

0,939

I 0 N min

2,299

1,122

0,74
0

0,55
2

0,44
0

0,38

6

0,34
4

0,31
0

0,282

3.I 0 N min (kA)

4,977

2,429

1,60
2

1,19
5

0,95
3

0,83
6

0,74
5

0,67
1

0,611

Đường NM

I N( 2 )

I

(1,1)
N

I

(1)
N

2.4 Xác định quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây IN = f(L) :
Ta có bảng thông số sau :
Chế độ
SV:Đậu Viết Cường

N1

N2

N3

N4
22

N5

N6

N7

N8

N9


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

IN kA
Max

I0 ∑

k

9,433

4,698

3,147

2,360

1,891

1,660

1,479

1,335

1,212

9,557

3,767

2,360

1,710

1,342

1,169

1,039

0,931

0,844

A
IN kA
Min

I0 ∑

k

4,269

2,806

2,090

1,665

1,384

1,238

1,119

1,021

0,939

4,977

2,429

1,602

1,195

0,953

0,836

0,745

0,671

0,611

A

Hình 1: Đường cong đặc tính ngắn mạch ở chế độ cực đại và cực tiểu

SV:Đậu Viết Cường

23


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

Hình 2 : Đường đặc tính của dòng ngắn mạch thứ tự không ở chế độ cực đại và

cực tiểu

CHƯƠNG III:
TÍNH TOÁN CÁC THỐNG SỐ KHỞI ĐỘNG CHO
CÁC BẢO VỆ CỦA ĐƯỜNG DÂY .
N5

N1

I>>

D1

BI2

BI 1
tpt1

P1

3.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH (50):
SV:Đậu Viết Cường

24

Io>>

I>

D2

Io>

tpt2

N9 P2


Đồ Án Rơle

GVHD: Tạ Tuấn Hữu

3.1.1 Cắt nhanh theo dòng điện pha :
Dòng điện khởi động được xác định theo công thức sau :
Ikđ = kat .INngmax
Trong đó :
+ kat là hệ số an toàn ,lấy kat = 1,2 .
+ INngmax là dòng ngắn mạch ngoài cực đại .
* Tính toán cho bảo vệ 1 :D1
INngmax1 = IN5max = 1,891kA
→ I 50
kd1

= 1,2. 1,891= 2,269 kA
* Tính toán cho bảo vệ 2 :D2
INngmax2 = IN9max = 1,212kA
→ I 50
kd2

= 1,2. 1,212= 1,454 kA

3.1.2 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (50N) :
Dòng khởi động được chọn theo công thức sau :

I kd50 N = k at .I 0 Nngmax
Trong đó :
+ kat là hệ số an toàn ,lấy kat = 1,2 .
+ I0Nngmax là dòng ngắn mạch ngoài thứ tự không (tổng) cực đại .
* Tính toán cho bảo vệ 1 :
I0Nngmax = I0N5max = 1,342 kA

I kd501N = 1, 2.1,342 = 1, 610 kA
* Tính toán cho bảo vệ 2 :
I 0Nngmax = I 0N9max = 0,844 kA
I kd502N

= 1, 2.0,844 = 1, 013 kA

3.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian (51):
Dòng bảo vệ quá dòng có thời gian được lựa chọn theo công thức :

I kd =

kat .kmm
.I lv max
ktv

Trong đó :
Kat : hệ số an toàn , lấy kat = 1,2
SV:Đậu Viết Cường

25