Đồ Án Môn Học Rơle Bảo vệ rơle

Đồ Án Môn Học Rơle

Lời nói đầu
Một hệ thống điện muốn vận hành an toàn và tin cậy thì không thể thiếu các
thiết bị bảo vệ.
Là một sinh viên chuyên ngành hệ thống điện không thể không nghiên cứu
tìm hiểu bộ môn “ Bảo vệ rơle trong hệ thống điện”. Môn học đã mang lại cho sinh
viên những kiến thức cơ bản nhất của kỹ tuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các
nguyên tắc tác động, cách thực hiện các bảo vệ thường gặp cũng như các chế độ hư
hỏng và làm việc không bình thường điển hình nhất của hệ thống điện và các loại
bảo vệ chính đặt cho nó.
Đồ án “Bảo vệ rơle” là một bài tập giúp sinh viên hệ thống lại toàn bộ kiến
thức được học và tiếp cận với một số loại rơle trong thực tế. Những kiến thức này
sẽ là nền tảng cho quá trình tiếp cận thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn
Rơle, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TH.S TẠ TUẤN HỮU đã giúp em
hoàn thành đồ án này. Do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên
bài làm của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em kính mong nhận
được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô cho bài làm của mình hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2010

Sinh viên thực hiện
Đỗ Mạnh Hải

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

1

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

A. PHẦN LÝ THUYẾT
I.Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:
1.Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:
Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cần phải kể đến khả
năng phát sinh hư hỏng và các 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:
• Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện
• Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện
• Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và
cơ.
• Phá hủy ổn định của hệ thống điện
Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng việc
không bình thường. Một trong những tình trạng việc không bình thường là quá
tải. Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho
phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc 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 để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ
những tình trạng làm việc không bình thường có khả năng gây nguy hiểm cho
thiết bị và hộ dùng điện.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần không hư hỏng trong hệ thống
điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé
nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống
điện. Thiết bị này được thực hiện nhờ những khí cụ tự động có tên gọi là rơle.
Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những rơle được gọi là thiết bị bảo vệ rơle

(BVRL).
Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị BVRL là tự động cắt phần tử hư hỏng
ra khỏi hệ thống điện. Ngoài ra thiết bị BVRL 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 BVRL có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt. Những
thiết bị BVRL phản ứng với tình trạng làm việc không bình thường thường thực
hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải có tính tác
động nhanh như ở các thiết bị BVRL chống hư hỏng).

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

2

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

2.Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:
2.1. Tính chọn lọc :
Tác động của bảo vệ đảm bảo chỉ cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống
điện được gọi là tác động chọn lọc. Khi có nguồn cung cấp dự trữ cho hộ tiêu
thụ, tác động như vậy tạo khả năng cho hộ tiêu thụ tiếp tục được cung cấp điện.

Hình 1 : Cắt chọn lọc trong mạng có 1 nguồn cung cấp.
Yêu cầu tác động chọn lọc cũng không loại trừ khả năng bảo vệ tác động
như là bảo vệ dự trữ trong trường hợp hỏng hóc bảo vệ hoặc máy cắt của các
phần tử lân cận.

Cần phân biệt 2 khái niệm chọn lọc:
+ Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể
làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận.
+ Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở
chính phần tử được bảo vệ.
2.2.Tác động nhanh:
Càng cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá
hoại phần tử đó , càng giảm được thời gian trụt 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.
2.3.Độ nhạy:
Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối với những hư hỏng và tình trạng làm
việc không bình thường có thể xuất hiện ở những phần tử được bảo vệ trong hệ
thống điện.

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

3

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Thường độ nhạy được đặc trưng bằng hệ số nhạy K n. Đối với các bảo vệ làm
việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch (ví dụ, theo dòng), hệ số độ nhạy
được xác định bằng tỷ số giữa đại lượng tác động tối thiểu (tức dòng ngắn mạch
bé nhất) khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (tức dòng
khởi động).

đại lượng tác động tối thiểu
Kn = -------------------------------------------------------------đại lượng đặt
Thường yêu cầu Kn = 1,5 ÷ 2.
2.4.Tính đảm bảo:
Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn
trong tất cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làm
việc không bình thường đã định trước.
Mặc khác bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài. Nếu bảo vệ có
nhiệm vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo
vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính đặt ở gần
chỗ ngắn mạch hơn chưa tác động. Để tăng tính đảm bảo của bảo vệ cần:
+ Dùng những rơle chất lượng cao.
+ Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản nhất (số lượng rơle, tiếp điểm ít)
+ Các bộ phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng trong sơ đồ phải chắc chắn, đảm
bảo.
+ Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ.

II.Các nguyên tắc bảo vệ:
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

4

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

1.Bảo vệ quá dòng điện:
Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi có dòng điện đi qua phần tử
được bảo vệ vượt quá một giá trị trước.
Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia làm
2 loại :
1.1.Bảo vệ dòng điện cực đại.
Bảo vệ dòng điện cực đại là loại bảo vệ tác động khi có dòng điện đi qua
phần tử được bảo vệ vượt quá giới hạn dòng điện làm việc định mức ( Imax)
- Thông số khởi động :
Dòng khởi động của bảo vệ :
k .k
i = at mm .I
kd
lvm
k
tv

Nếu xét đến hệ số sơ đồ và hệ số biến đổi ni của BI thì dòng điện khởi động của
IkđR :
k .k
.k
i = at mm sd .I
kd
lvm
k .n

tv i

Trong đó :
kat : Hệ số an toàn ( kat = 1, – 1,2 )
kmm : Hệ số mở máy ( kmm = 2 – 3 )
ksd : Hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào sơ đồ đấu dây BI với rơle
ktv : Hệ số trở về phụ thuộc vào loại rơle
ni : Tỷ số biến đổi của BI
Chọn thời gian làm việc : Được đảm bảo bằng cách chọn thời gian làm việc
của 2 bảo vệ kề nhau được chọn lờn hơn một lượng Δt = 0,3 – 0,5s. Trong đó
bảo vệ đặt gần nguồn có thời gian làm việc lớn hơn.

1.1.
SV: Đỗ Mạnh Hải

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh.
Lớp Đ2H2

5

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

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 mở máy lớn nhất đi qua
chỗ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo.
Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
Ikd = kat.Inngmax

Trong đó :
kat = 1,2 – 1,3
Inngmax : dòng điện MM lớn nhất khi có nm ở phần tử tiếp theo.
Thời gian làm việc của bảo vệ : t ≈ 0s ( t ≤ 0,1 )
Nhược điểm của bảo vệ cắt nhanh : không bảo vệ được toàn bộ đối tượng cần
bảo vệ. Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh thay đổi thao dạng ngắn mạch và chế
độ làm việc của hệ thống.
2. So lệch dòng điện.
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

6

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Nguyên tắc tác động : Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên
nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ. Nếu
sự sai lệch giữa 2 dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động.
Vùng tác động của bảo vệ so lệch của dòng điện được giới hạn bằng vị trí đặt của
2 tổ máy biến dòng điện ở 2 đẩu ra cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu
dòng điện để so sánh.
Xét sự làm việc :
+ Khi bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ( N1 )
.
.
I

→
I
=I
I S1 = s 2
t1 t 2
→ I = ∆I = I = I − I = 0
R
s1 t1 t 2

• Đồ thị vecto :

+ Khi có ngắn mạch ở trong vùng bảo vệ ( N2 )
.

.

I S1 ≠ I →
I

R

= ∆I = I

.

.

I t1 ≠ I t 2
S1

=I −I ≠0
t1 t 2

Đồ thị véctơ :
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

7

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Khi chí có 1 nguồn ở đầu A

=I −I = I
t1 t 2 t1
Nếu I R 〉 I kdR thì bảo vệ sẽ tác động.
I

3.

R

So sánh pha của dòng điện.

• Đặc tính góc pha của dòng điện

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

8

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Bảo vệ so sánh góc pha làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh pha của 2 dòng
điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ.
Độ lệch pha ∆ϕ = ϕ − ϕ = 0
Ở chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài ( N1) góc pha dòng
điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ gần như nhau nên 0 = 0°.
Khi ngắn mạch trong vùng được bảo vệ ( N2) dòng điện ở 2 đầu phần tử được
bảo vệ ngược pha nhau nên 0 = 180°.
Trên thực tế, do ảnh hưởng của điện dung phân bố được bảo vệ nên trong chế
độ làm việc bình thường cung như khi có ngắn mạch ở ngoài thì 0 # 0. Để cho
o
0
bảo vệ không tác động nhầm cần phải chọn góc khởi động : 0kd ≥ ± ( 30 ÷ 60 )
4. Bảo vệ quá dòng điện có định hướng công suất
Nguyên tắc tác động của bảo vệ : Bảo vệ qua dòng điện có định hướng công suất
là bảo vệ theo trị số dòng điện qua cho đặt bảo vệ và góc lệch pha giữa dòng điện
đó với điện áp trên thanh góp của trạm được bảo vệ, bảo vệ sẽ tác động khi dòng
điện vượt quá trị số định trước và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên
đường dây được bảo vệ.

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

9

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

10

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

( d)

(e)

Để tăng cường tính đảm bảo liên tục cung cấp điện ta thường dùng các loại mạng
điện trên.
Bảo vệ dòng cực đại theo nguyên tắc cung cấp không đảm bảo cắt ngắn mạch một
cách chọn lọc.

( )
//
Khi ngắn mạch tại N2 : → t3 < t2 ( I N )

//
Ví dụ : Khi ngắn mạch tại N1 : → t2 < t3 I N

Như vậy cùng 1 lúc không thể thực hiện đươc 2 yêu cầu ngược nhau vì vậy phải
dùng bảo vệ cực đại có hướng mới đảm bảo được tính chọn lọc. Khi có bộ phận
định hướng công suất thì các bảo vệ được chia ra làm 2 nhóm, mỗi nhóm chỉ tác
động theo 1 hướng nhất định.
VD: Hình c : các bảo vệ
- 1,3,5 là một nhóm
- 2,4,6 là một nhóm
Các nhóm bảo vệ lẻ chỉ tác động với dòng điện ngắn mạch I N/ đều có hướng từ
TG ra đường dấy.
Trong mỗi nhóm bảo vệ, thời gian làm việc được chọn theo nguyên tắc từng cấp,
tăng dần từ cuối đường dây tới nguồn.
Bảo vệ có hướng chỉ bảo vệ được mạng hở 2 đầu cung cấp, mạng vòng 1 nguồn
cung cấp và mạng vòng 1 nguồn cung cấp có đường chéo qua nguồn, hay bảo vệ
dòng điện có hướng không bảo vệ được mạng vòng có số nguồn cung cấp lớn hơn
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

11

Trường Đại Học Điện Lực

Đồ Án Môn Học Rơle

hoặc bằng 2 hoắc mạng vòng có 1 nguồn cung cấp nhưng không có đường chéo
qua nguồn.
5. Nguyên lí tổng trở.

Nguyên tắc: Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ làm việc theo giá trị tổng trở. Bảo
vệ làm việc có thời gian và phụ thuộc vào quan hệ của điện áp và dòng điện đưa
vào role và góc lệch pha giữa chúng, thời gian này sẽ tự động tăng lên khi tăng
khoảng cách từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt bảo vệ.
Bảo vệ tác động : Z R < Z kd
Những yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ khoảng cách :
+ Sai số của BU và BI
+ Điện trở quá độ của chỗ ngắn mạch
+ Hệ số phân bố dòng điện trong nhánh bị sự cố với dòng điện tại chỗ đặt bảo vệ
đặc biệt là quá trình dao động điện.
II.

Bảo vệ đường dây tải điện

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

12

Trường Đại Học Điện Lực

Đồ Án Môn Học Rơle

Các loại bảo vệ cho đường dây :
+ Đường dây hạ áp ( U≤ 35kV).
- Qúa dòng điện cắt nhanh, cực đại có thời gian
- Qúa dòng điện có hướng
- So lệch dùng cáp thứ cấp chuyên dùng
- Khoảng cách
+ Đường dây cao áp và siêu cao áp
- So lệch dòng điện
- Khoảng cách
- So sánh tind hiệu
- So sánh pha
- So sánh có hướng
1. Bảo vệ quá dòng điện
Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh

Hình 1 : Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây có 1 nguồn cung cấp
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 hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua
chổ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

13

Trường Đại Học Điện Lực

Đồ Án Môn Học Rơle

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh được xác định như sau :

= k .I
kd at ng max
khi : k = 1, 2 ÷ 1,3
at
I

Ingmax : dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ( N 3 ) trực tiếp
tại N với chế độ làm việc cực đại của hệ thống.
Để ngăn chặn bảo vệ cắt nhanh làm việc sai khi có sét đánh vào đường dây ( khi
ấy các sự cố làm việc ) hoặc khi đóng MBA có thể vượt quá trị số đặt của bảo vệ
cắt nhanh thông thường ta cho bảo vệ làm việc chậm lại khoảng 50 ÷ 80 ms.
Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không ( TTK ) thường có độ nhạy 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 2 nguồn cung cấp, nếu BVCN đặt ở 2 đầu đường dây
không có bộ phận định hướng công suất thì dòng điện khởi động ở cả 2 đầu phải
chọn theo dòng điện NMmax xảy ra trên 1 trong 2 thanh góp đầu đường dây.
Trong sơ đồ trên, khi HTA có công suất lớn hơ HTB thì dòng khởi động phai
chon theo điều kiện ( N 3 ) trực tiếp trên đầu đường dây B. Nếu chênh lệch công suất
giữa 2 đường dây quá lớn, vùng tác động của BVCN phía HTCS 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.
Tuy nhiên nhược điểm của BVCN cho sơ đồ trên là khi chạm Ikd < Inngmax thì sẽ có
1 vùng bảo vệ nếu xảy ra ngắn mạch thì cả 2 bảo vệ cùng tác động.

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

14

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Hình 2 : Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện trong lưới điện
hình tia ( a )
( b ) Cho trường hợp độc lập
( c ) Đặc tuyến phụ thuộc
Bảo vệ quá dòng điện có thời gian dùng để bảo vệ các đường dây TA 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 cấp, thời gian tác động càng lớn
Dòng khởi động của bảo vệ được chọn ở từng cấp theo trị số của dây điện Imax của
bảo vệ tại vị trí đặt bảo vệ.
k .k
I = at mm .I
k
lvm
k
v

Trong đó : kat = 2 ÷ 3
kcđ = 1,1 ÷ 1,2
I

v
kv : hệ số trở về kv = k

kd

Nếu xét đến hệ số sơ đồ và hệ số ni của BI thì :
I

SV: Đỗ Mạnh Hải

k .k
.k
= at mm sd
kd
k .n
v i
Lớp Đ2H2

15

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Phạm vi bảo vệ của dòng cực đại bao trùm hết phần tử đường dây đặt bù và có
tính dự phòng cho các đường dây sau nó. Tuy nhiên trong MĐ phức tạp hoặc có
nhiều nguồn cung cấp thì nó không đảm bảo được tính chọn lọc.
Bảo vệ quá dòng có khóa điện thấp.

Hình 3 : Bảo vệ quá dòng điện có khóa điện áp thấp
Trong nhiều trường hợp bảo vệ dòng cực đại có thời gian với dòng điện khởi
động chọn Ilvmax có thể không đủ độ nhạy vì Ilvmax có giá trị quá lớn trong 1 số
biểu thức.
I

N min

>I

k
.k
= mm at .I
kd
lvm
k
v

Không thỏa mãn để nâng cao độ nhạy 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 khóa điện áp thấp được chọn theo điều kiện :
U

lv min > U >
kd
n
u

U

N max
n
u

Trong đó : Ulvmin là điện áp làm việc tối thiểu cho phép tại chỗ đặt bảo vệ trong
điều kiện quá tải nặng nề nhất
UNmax là điện áp dư lớn nhất tại chỗ đặt bảo vệ khi có ngắn mạch ở
vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng
nu là tỷ số biến của BU
Khi có thêm bộ phận khóa điện áp thấp, dòng điện khởi động của bộ phận quá
dòng điện có thể chọn theo điều kiện làm việc bình thường mà không cần xét
đến chế độ quá tải sự cố
Dòng khởi động được chọn
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

16

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle
I

k
= at .I
kd k
v

v

Thời gian làm việc cũng được chọn như bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có
thời gian. Phạm vi nảo vệ của bảo vệ loại này cũng như bảo vệ có thời gian,
nhưng chúng có tính chọn lọc hơn và độ nhạy cao hơn.
Bảo vệ quá dòng điện có hướng
Để tăng cường tính cung cấp cho các hộ tiêu thụ người ta thường thiết kế các
mạng hình vuông và mạng có 2 đầu cung cấp. Đối với loại bảo vệ này bảo vệ
quá dòng điện có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp không thể
đảm bảo cắt ngắn mạch một cách được chọn lọc.

(a)
(b)
Hình 4 : Bảo vệ dòng điện có hướng đường dây 2 mạch song song (a)
Cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ ( b )
Với sơ đồ trên, nếu sử dụng bảo vệ quá dòng điện thông thường thời gian làm
việc của các bảo vệ được chọn như sau :
t2 = t4 = t5 + Δt
t1 = t3 = t2 + Δt
Δt = ( 0,3 ÷ 0,5 )
Khi các bảo vệ 2 và 4 có trang bị bộ phân định hướng công suất đi từ thanh
góp vào đường dây thì không cần phối hợp thời gian tác động giữa BV5, vì khi
ngắn mạch trên D3 < N3, các bảo vệ 2 và 4 sẽ không làm việc. Trong trường hợp
này các bảo vệ 1 và 3 sẽ phối hợp thời gian trực tiếp với BVS.
Vì vậy thời gian làm việc của các bảo vệ này sẽ được giảm đi còn thời gian t2
và t4 có thể chọn bé tùy ý.
Cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ được thể hiện bằng hình vẽ sau :

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

17

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Hình 5 : Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện có hướng
trong lưới điện có hai nguồn cung cấp.
Phạm vi ứng dụng : bảo vệ quá dòng điện có hướng được sử dụng trong các
mạng kín có một nguồn cung cấp, mạng hở có 2 nguồn cung cấp, còn đối với
các mạng phức tạp như mạng kín có 2 nguồn cung cấp trở nên hoặc mạng vòng
SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

18

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

có một nguồn cung cấp cho đường chéo không qua nguồn thì không thể dùng
bảo vệ này được.
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng.
• Sơ đồ

(a)
(b)
Hình 6 : Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh không có hướng ( a ), có hướng ( b )
Trong đó : dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất Inngmax = max { InngmaxA ; InngmaxB }
InngmaxA : Dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất chạy qua bảo vệ từ phía A ( N1 )
InngmaxB : Dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất chạy qua bảo vệ từ phía B ( N2 )
Dòng khởi động chọn theo :
Ikd = kat.INngmax và INngmax = max { { InngmaxA ; InngmaxB }
Nếu công suất nhà máy của nguồn 2 đầu dây khác nhau nhiều thì có thể :
LCNA + LCNB < LAB
Có nghĩa là có thể tồn tại một phần đường dây mà khi sảy ra sự cố trên đó bảo
vệ cắt nhanh ở cả 2 đầu dây không làm việc.
Để mở rộng vùng bảo vệ cắt nhanh trong nhiều trường hợp nguồn CSNM
chênh lệch nhau nhiều để có thể đặt thêm bộ phận định hướng công suất ở đầu

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

19

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

có nguồn yếu hơn ( đầu B ). Khi ấy dòng điện khởi động của bảo vệ cắt nhanh ở
hai đầu đường dây có thể chọn khác nhau. :
IkđA = kat.INngmaxA
IkđB = kat.INngmaxB

Như vậy nếu đặt ở đầu dây yếu hơn bộ phận định hướng công suất thì vùng
bảo vệ cắt nhanh ở đầu này sẽ được mở rộng ra nhiều.
2. Bảo vệ so lệch dòng điện
2.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm.

Hình 7: Sơ đồ nguyên lí (a) và đồ thị vecto của dòng điện làm việc và dòng điện
hãm IH khi có ngắn mạch ngoài ( b ) và trong cùng ( c )
Dòng điện so lệch : Is1 = ΔI = IT1 – IT2 = ILV
Còn dòng điện hãm : IH = IT1 + IT2
Trong chế độ làm việc bình thường trong ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng
điện làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện nên role so lệch không làm việc.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện ở một đầu sẽ đổi chiều lúc bấy
giờ Iw > IH nên role so lệch sẽ làm việc.
Trường hợp chí có một nguồn cung cấp ( chẳng hạn từ đầu 1 ) thì khi có sự cố
sảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện sự cố chỉ chạy qua một đầu, khi ấy :
ILV = IH = IT1
Để bảo vệ có thời gian làm việc trong trường hợp này, dòng điện làm việc phải
chọn lớn hơn dòng điện hãm, nghĩa là :
−1.I
Iw = k H
H
−1 = 0, 2 ÷ 0,5
Trong đó : kH là hệ số hãm, kH < 1 thường chọn k H

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

20

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Giới hạn dưới của hệ số hãm được chọn cho miền có dòng điện ngắn mạch bé
để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, còn ở miền có dòng điện ngắn mạch lớn hơn
thương chọn cho hệ số hãm cao để ngăn chặn tác động nhầm một cách chắc
chắn.

Hình 8 : Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm ( 1) và tương quan giữa
dòng điện làm việc Iw và dòng điện hãm IH khi ngắn mạch trong cùng bảo vệ và
nguồn cung cấp từ phía ( 2 ).
2.2 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ.
Để thực hiện nguyên lí so lệch, dòng điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ phải
được đo và so sánh với nhau. Nếu hai phần tử được bảo vệ nằm gần nhau ( như
cuộn dây MF, MBA…) có thể nối trực tiếp các tổ máy BI với một bộ role so
lệch dùng chung để cắt các máy cắt có liên quan đối với đường dây tác điện cần
phải dùng 2 hoặc 3 bộ bảo vệ, mỗi bộ tác động cắt máy cắt ở một đầu đường
dây.
Các bộ phận bảo vệ này được nối với nhau qua các kênh thông tin : dây dẫn
phụ, cáp thông tin, RLC…Đối với các đường dây ngắn có thể sử dụng dây dẫn
phụ. Sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện dùng dây dẫn phụ có 2 loại : loại dòng điện
tuần hoàn và loại cân bằng điện áp.
Sơ đồ dòng điện tuần hoàn cân bằng 3 dây dẫn phụ, còn sơ đồ cân bằng điện
áp cần dùng 2 dây. Cả 2 sơ đồ thường dùng nguyên lí hãm.
Nhược điểm của sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện dùng dây dẫn phụ :
Điện áp cảm ứng trong dây dẫn phụ ở chế độ ngắn mạch chạm đất trêm
đường dây được bảo vệ có trị số khá lớn gây nguy hiểm cho người và thiết bị
thứ cấp.

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

21

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Dây dẫn phụ càng dài xác suất sự cố dây dẫn phụ càng cao, khi dây dẫn phụ
bị đứt có thể làm bảo vệ tác động nhầm, còn khi dây dẫn phụ chạm nhau bảo vệ
có thể không làm việc trong trường hợp trong vùng bảo vệ.
Thành phần một chiều trong dòng sự cố có thể làm cho các biến dòng bị bão
hòa nặng.

Hình 9 : Bảo vệ so lệch dòng điện làm việc theo nguyên tắc dòng điện tuần
hoàn có hãm dùng điện áp

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

22

Trường Đại Học Điện Lực

Đồ Án Môn Học Rơle

Hình 10 : Bảo vệ so lệch dòng điện làm việc theo nguyên tắc cân bằng dòng
điện có hãm. Dùng dây dẫn phụ.
Phạm vi ứng dụng :
Vì những hạn chế nêu trên nên bảo vệ so lệch dòng điện có hãm dùng dây dẫn
phụ chỉ được sử dụng trong những đoạn đường dây ngắn tải công suất lớn.
Với đường dây có chiều dài lớn hơn, nguyên lí so lệch thường được sử dụng
kết hợp với các kênh truyền cáp như cáp quang hoặc viba chẳng hạn bảo vệ so
sánh pha dòng điện.
2.3 Bảo vệ so sánh dòng điện.
Nguyên tắc : dòng điện ở hai đầu đường dây được so sánh với nhau theo từng
pha hoặc thông qua một bộ công cụ để so sánh giữa hai tổ hợp pha của dòng
điện ở hai đầu đường dây. Việc so sánh có thể tiến hành cho hai nửa chu kỳ
( dương, âm ) hoặc chỉ theo nửa chu kỳ.

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

23

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

Hình 11 : Sơ đồ khối bảo vệ so sánh pha dòng điện từng pha riêng biệt.
Nguyên lí làm việc : dòng điện khởi động ở một đầu thông qua máy biến dòng
trung gian BIG ( làm nhiệm vụ cách ly mạch bảo vệ và tạo tín hiệu chuẩn cho

sơ đồ bảo vệ ) và bộ lọc hai cơ bảo L1 tạo nên tín hiệu chuẩn hình sin S1. Thông
qua bộ chuyển dạng sóng ( từ sin sang hình chữ nhật ) DS sẽ tạo ở các đầu ra
các sóng hình chữ nhật SiR. S1R được đưa vào đầu vào của bộ so sánh pha SP.
Mặt khác, S1R được đưa qua bộ lọc biến tần BT và bộ lọc L2 đưa vào bộ phát P
để thông tin về pha φ1 của dòng điện đầu 1 thông qua kênh truyền sang phía đôi
diện.
Dòng điện ở đầu đôi diện ( đầu 2 ) cũng đi tương tự để đưa tín hiệu S2R đến
đầu 1. Các tín hiệu S1R và S2R được so sánh với nhau ở bộ so sánh pha SP. Nếu
các tín hiệu này trùng pha nhau chẳng hạn trễ TG vào đường dây thì ở đầu ra
của bộ so sánh pha SP sẽ xuất hiện tín hiệu S3, tín hiệu này sẽ kết hợp với tín
hiệu khởi động gửi tín hiệu đi cắt máy cắt.
Trong trường hơp này, nếu bỏ qua dòng điện tải trên đường dây ta thấy, khi có
ngắn mạch trong vùng bảo vệ giữa hai tín hiệu đầu vào S1R và S2R có một
khoảng trống ( không có tín hiệu ). Nếu góc lệch pha giữa hai dòng điện ở hai

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

24

Trường Đại Học Điện Lực


Đồ Án Môn Học Rơle

đầu I1; I2 bé hơn 180° - θ kd ( với θ kd là góc khóa bảo vệ ) ở đầu ra của SP sẽ
xuất hiện tìn hiệu S3.
Khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện ở hai đầu ngược nhau nên hai
tín hiệu S1R và S2R lấp kín khoảng trống giữa hai nửa chu kỳ nên đầu ra của bộ

SP sẽ không xuất hiện tín hiệu S3, máy cắt sẽ không được cắt ra.
Để tiết kiệm số lượng kênh thông tin sử dụng vào mục đích truyền tín hiệu pha
dòng điện, người ta thường tổ hợp các dòng điện pha theo một quy luật nào đó
thông qua các BI cộng, thường người ta tổ hợp các TP đối xứng của dòng điện
pha.
3. Bảo vệ khoảng cách
Role khoảng cách dùng vảo vệ các đường dây truyền tải thường có nhiều vùng
tác động, chẳng hạn 3 cùng trước và 1 vùng sau ( theo hướng tác động từ thanh
góp vào đường dây tại nơi đặt role khoảng cách ).
Các vùng tác động phía trước làm nhiệm vụ dự phòng cho nhau và cho bảo vệ
đoạn liền kề.

SV: Đỗ Mạnh Hải

Lớp Đ2H2

25

Trường Đại Học Điện Lực