đồ án môn học bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

A. SỐ LIỆU BAN ĐẦU

B1

HT

MC1

MC2

D1
BI1

tpt1

D2
BI2

B2
115 kV

P1

24 kV

1. Hệ thống:
SNmax = 1500 MVA; SNmin = 0,75.SNmax = 1125MVA; XOHT = 1,1.X1HT

2. Trạm biến áp.
Sdd = 2*15 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-100;
Z1 = 0,27 + j0,39 Ω/km; Z0 = 0,48 + j0,98 Ω/km
4. Phụ tải :
P1 = 3 MW; cosφ1 = 0,85; tpt1 = 0,5s
P2= 5 MW; cos φ2 = 0,85; tpt2 = 0,75s
5. Đặc tính thời gian của rơle:
t=

0,14
Tp, s
I 0,02 −1

B. NỘI DUNG

I. Lý thuyết.
1

tpt2

P2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Câu 1: Nêu nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le?
Trả lời:
• Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le:
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:
a) Tụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện
b) Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện
c) Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ.
d) 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).
• Yêu cầu cơ bản của mạch bảo vệ
2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

- 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.
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.
- 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 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.
- 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.
Thường độ nhạy được đặc trưng bằng hệ số nhạy Kn. 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).

Kn =
Thường yêu cầu Kn = 1,5 ÷ 2.
- Tính bảo đảm

3

I N min
I kd


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

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.
Câu 2: Nêu nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng.
Trả lời:
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.
Câu 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.
Trả lời:
Đường dây cần bảo vệ là đường dây 24kv,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.
4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

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.
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 I KĐ trong trường hợp này được xác
định bởi:
k .k .I
I kd = at mm lv max
ktv
Trong đó:
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:

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

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.

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

t1

∆t

t6

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

t2

∆t

t3

∆t t 4

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:
Ikđ51 = k.Ilvmax
Trong đó:
k – hệ số chỉnh định ( k=1,6 )

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Thời gian bảo vệ được chọn theo công thức:

t=

0,14
.Tp
I
−1
0,02
*

2. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.
Chúng ta nhận thấy rằng 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:
I kd = kat .I Nngoai max
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.
INngoài 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 không 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.
8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

INmax
INmin
Ikd

LCNmin

INngoaimax

LCNmax

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

II. Tính toán.

9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

CHƯƠNG I
CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN
Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI1,BI2 dùng cho bảo vệ đường dây D1,
D2. Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn.
Dòng thứ cấp lấy bằng 5A.

nI =

I Sdd
ITdd

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:
Chọn Isdđ ≥ Ilvmax = Icb dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI.
Chọn Isdđ = 1A.
Dòng điện làm việc lớn nhất của BI2:
P2
3
I lv 2 =
=
= 0, 085kA = 85 A
3
U
c
os
ϕ
3.24.0,85
2

2
Với
Ilvmax(BI2) = 1,4.Ilv2 = 1,4.85 = 119 A.
Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy : (10-12,5-15-20-25-30-40-5060-70A)*n; n = 10-100-1000.
Dòng làm việc Ilvmax(BI2) = 119 nên ta chọn Isdđ(BI2) = 125 A.
125
nI 2 =
= 25
5
Vậy tỷ số biến đổi BI2:
.
Dòng làm việc lớn nhất qua BI1:
P1
5
I lv1 =
=
= 0,142kA = 142 A
3U1cosϕ1
3.24.0,85
Ilvmax(BI1) = 1,4.(Ilv1+ Ilv2) = 1,4.(142+80) = 310,8A.
Dòng làm việc Ilvmax(BI1) = 310,8 nên ta chọn Isdđ(BI1) = 400A.
400
nI =
= 80
5
Vậy tỷ số biến đổi BI1:
.
1

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

 Vị trí đặt điểm ngắn mạch.

B1

HT

N3

N2

N1
MC1

N4

N6

N5
MC2

D1
BI1

tpt1

D2

N8

N9

tpt2

BI2

B2
115 kV

N7

P1

24 kV

Tính toán trong hệ đơn vị tương đối gần đúng:
Scb = SđmB = 30 MVA; Ucb = Utb tại các cấp điện áp {115,24}.
UcbI = Utb = 24 kV
115
→ UcbII = UcbI/k = 24.
= 115 kV
24
Dòng điện cơ bản trên các đoạn :

Scb
30
I cbI =
=
= 0, 722kA
3U cbI
3.24
S cb
30
I cbII =
=
= 0,151kA
3U cbII
3.115
 Xác định thông số của các phần tử trên sơ đồ:
• Hệ thống :

-

EHT =

U tb 115
=
=1
U cbII 115

U tb2 Scb
S
X 1HT =
= cb

2
S N U cbII S N và X = 1,1X
0HT
1HT
Chế độ cực đại: SNmax = 1500 MVA
S
30
X 1HT = cb =
= 0, 02 →
S N 1500
X = 0,022
0HT

-

Chế độ cực tiểu: SNmin = 1125MVA
S
30
X 1HT = cb =
= 0, 027 →
S N 1125
X

0HT

• Trạm biến áp: X1B = X2B = XB
11

= 0,0297

P2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

2
U k % U dm
Scb 12,5 1152 30
XB =
.
. 2 =
.
.
= 0,125
100 SdmB U cbII
100 30 1152

• Đường dây: X1D = X2D, XD1 ≠ XD2
S
X Di = Li . X i . cb
2
U cbI

30
30
= 0,305 ; X 0 D1 = 15.0,98. 2 = 0,766
2
24

24
30
30
Với D2: X 1D 2 = 10.0,39. 2 = 0,203 ; X 0 D 2 = 10.0,98. 2 = 0,510
24
24
Với D1: X 1D1 = 15.0,39.

Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch :

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

 Tính ngắn mạch ở chế độ cực đại INmax:
- X1HT = 0,02 và X0HT = 0,022

0,125
= 0, 0625
2
- Ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4 phần bằng nhau ta sẽ có 9 điểm ngắn mạch từ
N1 ÷ N9:
X

0,305
X D1/ 4 = 1D1 =
= 0,076
4
4
- 2 MBA làm việc song song : X B =

X 1D 2 0, 203
=
= 0,051
4
4
X
0,766
X 0 D1/ 4 = 0 D1 =
= 0,192
4
4
X
0,510
X 0D2/ 4 = 0D2 =
= 0,128
4
4
X D 2/ 4 =

• Sơ đồ thay thế dạng tương đối cơ bản.
XB1

EHT

N1

XHT

N2
D11

MC1

D13

BI1

XB2
115 kV

N4

N3
D12

N5
D14

MC2

tpt1

24 kV

Ta có sơ đồ thứ tự thuận:
13

N7

N6
D21
BI2
P1

D22

N8
D23

N9
D24

tpt2

P2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Sơ đồ thư tự nghịch:

Sơ đồ thứ tự không:

* Tính X 1Σ , X 2 Σ , X 0 Σ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ max:
Tại N1: X 1Σ = X 2Σ = X 1HT + X B = 0,02 + 0,0625 = 0,0825
X 0 Σ = X 0HT + X B = 0,022 + 0,0625 = 0,0845
N2: X 1Σ = X 2Σ = X 1HT + X B + X D1/4 = 0,02 + 0,0625 + 0,076 = 0,1585
X 0 Σ = X 0 HT + X B + X 0 D1/4 = 0,022+ 0,0625 + 0,192 = 0,2765
Tính tương tự cho các điểm còn lại ta có bảng sau:
Điểm
0,0825
0,1585
0,2345
0,3105
0,3865
0,4375

0,0825
0,1585
0,2345
0,3105
0,3865
0,4375
14

0,0845
0,2765
0,4685
0,6605
0,8525
0,9805

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

0,4885
0,5395
0,5905

0,4885
0,5395
0,5905

1,1085
1,2365
1,3645

Dòng ngắn mạch thứ tự thuận :
E
I1(Nn ) =
Với E =1 ,
X 1Σ + X ∆( n )
Dòng ngắn mạch tổng tại các pha :
I N( n ) = m ( j ) .I1(Nn )

X ∆( n ) : Tổng trở phụ của loại ngắn mạch.
( n)
Ta có bảng tính tổng trở phụ X ∆ và hệ số m( j ) trong các dạng ngắn mạch :
(n)

Tổng trở phụ X ∆

Dạng ngắn mạch

Ký hiệu

Ngắn mạch 1 pha
chạm đất

N (1)

X 2Σ + X 0Σ

Ngắn mạch 2 pha
chạm đất

N (1,1)

X 2 Σ // X 0 Σ

Ngắn mạch 2 pha
Ngắn mạch 3 pha

N ( 2)
N (3)

X 2Σ

Hệ số m ( j )
3

3. 1 −

X 2 Σ. X 0 Σ
( X 2Σ + X 0Σ )2
3
1

0

 Tính ngắn mạch 3 pha :
* Tính toán cho điểm ngắn mạch tại N1 :
= 0,0825 ;
Dòng ngắn mạch tại N1 trong hệ đơn vị tương đối :
=

1

= 0, 0825 = 12,121

Trong hệ đơn vị có tên :
=

.IcbI = 12,121.0,722 = 8,751 (kA)

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại :
Điểm
N1
N2
N3

N4
N5
N6
NM
0.082 0.158 0.234 0.310 0.386 0.437
5
5
5
5
5
5
15

N7

N8

0.488 0.5395
5

N9
0.5905


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
8.751
5 4.5552

I N(3)

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

3.078
9 2.3253

1.868

1.650
3

1.478

1.338
3

1.2227

N8

N9

 Tính ngắn mạch 1 pha :
* Tính toán chi tiết cho điểm ngắn mạch tại N1:
= 0,0825
= 0,0845
=

+

= 0,0825 + 0,0845 = 0,167

1

= 0, 0825 + 0,167 = 4, 008
Với ngắn mạch 1 pha hệ số m = 3.
Dòng ngắn mạch tại điểm N1 :
à
= m.
= 3.4,008 = 12,024
à

=

Trong đơn vị có tên:
=

.IcbI = 12,024.0,722 = 8,681 kA

Ta có dòng thành phần thứ tự không của 1 pha :

=

= 4,008

Suy ra thành phần dòng thứ tự không tại điểm ngắn mạch :
I0 =

.Icb = 4,008.0,722 = 2,894 kA

Tính toán cho các điểm còn lại tương tự :

Điểm
NM

N1

N2

X 1(1)
∑

0.082
5
0.082
5
0.084
5

0.158
5
0.158
5
0.276
5

N3

N4

N5

N6

0.234 0.310 0.386 0.437
5
5
5
5
0.234 0.310 0.386 0.437
5
5
5
5
0.468 0.660 0.852 0.980
8
5
5
5
0.703
0.167 0.435
3 0.971 1.239 1.418
8.681 3.6495 2.3097 1.6902 1.3325 1.1673

16

N7

0.488
5 0.5395 0.5905
0.488
5 0.5395 0.5905

1.108
5 1.2365 1.3645
1.597 1.776 1.955
1.038 0.9354 0.8509


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

I

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

4
2.893
0.563 0.444 0.389
8 1.2165 0.7699
4
2
1
8.681
4 3.6495 2.3097 1.6902 1.3325 1.1673

1
0N1

3. I 01N 1

6
0.346 0.311
2

8 0.2836
1.038
6 0.9354 0.8509

 Tính ngắn mạch 2 pha chạm đất :
* Tính toán chi tiết cho N1 :
=
à

0, 0825.0, 0845

= 0, 0825 + 0, 0845 = 0, 0417

//

1

= 0, 0825 + 0, 0417 = 8, 052

=

m(1,1) =

.

=

. 1−

0, 0825.0, 0845

( 0, 0825 + 0, 0845)

2

= 1,5

Dòng ngắn mạch một pha tại điểm N1 :
à
= m(1,1) .
= 1,5.8,052 = 12,078
Trong đơn vị có tên :
=

.IcbI = 12,078.0,722 = 8,72 kA

Ta có dòng thành phần thứ tự không của 1 pha :
0, 0825

= 0, 0825 + 0, 0845 .8, 052 = 3,976
Suy ra dòng thứ tự không tại điểm ngắn mạch :
=

I 0(1,1)
N1 =

.

.Icb = 3,978.0,722 = 2,872 kA

Tính toán cho các điểm còn lại tương tự :
Điểm
N1
N2
N3
N4
N5
NM
0.082 0.158 0.234 0.310 0.386
X 1(1,1)
∑
5
5
5
5
5
(1,1)
0.082 0.158 0.234 0.310 0.386
X2
∑
5
5
5
5
5
(1,1)
0.084 0.276 0.468 0.660 0.852
X0
∑
5

5
8
5
5
(1,1)
0.041 0.100 0.156 0.211
X∆
7
7
3
2 0.2659
(1,1)
4.228
2.120
I1N 1
8.7169
4 2.822
3 1.6986

17

N6

N7

N1

0.437 0.488
5
5 0.5395

0.437 0.488
5
5 0.5395
0.980 1.108
5
5 1.2365
0.302
0.375
5 0.3391
6
1.498
8 1.3411 1.2135

N1
0.5905
0.5905
1.3645
0.4121
1.108


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

I 0(1,1)
N1
3. I

(1,1)
0 N1

2.870
8
8.612
3

1.014
8
3.044
3

0.616

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

0.442
5

1.848 1.3276

0.345
2
1.035
6

0.301 0.2669 0.2397 0.2175
0.903 0.800
1
6 0.719 0.6525

 Tính ngắn mạch 2 pha :

* Tính toán cho điểm ngắn mạch tại N1 :
X ∆(2) = X 2

∑

= 0, 0825

m (2) = 3

Dòng ngắn mạch 2 pha tại điểm N1 :
I N(2)1* = m (2) .

X1
∑

1
1
= 3.
= 10, 497
+ X∆
0, 0825 + 0, 0825

Chuyển sang đơn vị có tên :
I N(2)1 = I N(2)1* .I cbI = 10, 497.0, 722 = 7,579(kA)

Tính toán tương tự cho các điểm còn lại :
Điểm
NM

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

X 1(2)
∑

0.082
5
0.082
5
0.084
5
0.082
5

0.158

5
0.158
5
0.276
5
0.158
5

0.234
5
0.234
5
0.468
8
0.234
5

0.310
5
0.310
5
0.660
5
0.310
5

0.386
5
0.386
5

0.852
5
0.386
5

0.437
5
0.437
5
0.980
5
0.437
5

0.488
5
0.488
5
1.108
5
0.488
5

0.539
5
0.539
5
1.236
5
0.539

5

0.590
5
0.590
5
1.364
5
0.590
5

X 2(2)
∑
X 0(2)
∑
X ∆(2)
I1(2)
N1

 Tính ngắn mạch ở chế độ cực tiểu INmin:
• Sơ đồ thay thế dạng tương đối cơ bản.

18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

N3

N2

N1

HT

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

MC1

N4

N6

N5
MC2

D1
BI1

tpt1

N7
D2

N8

N9

tpt2

BI2
P1

B2

24 kV

115 kV

- X1HT = 0,022 và X0HT = 0,014.
- 1 MBA làm việc: XB = 0,1
- Ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4 phần bằng nhau ta sẽ có 9 điểm ngắn mạch từ
N1÷N9:
X 1D1 0,305
=
= 0, 076
4
4
X
0, 203
X D 2 / 4 = 1D 2 =
= 0,051
4
4
X
0,766
X 0 D1/ 4 = 0 D1 =
= 0,192
4
4

X
0,510
X 0D2/ 4 = 0D2 =
= 0,128
4
4
X D1/ 4 =

Tính X 1Σ , X 2 Σ , X 0 Σ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min:
Tại N1: X 1Σ = X 2 Σ = X 1HT + X B = 0,02 + 0,1 = 0,12
X 0 Σ = X 0HT + X B = 0,014+ 0,1 = 0,114
N2: X 1Σ = X 2Σ = X 1HT + X B + X D1/ 4 = 0,02 + 0,1+ 0,076 = 0,196
X 0 Σ = X 0 HT + X B + X 0 D1/ 4 = 0,014+ 0,1+ 0,192 = 0,306
Tính tương tự cho các điểm còn lại ta có bảng sau:
Điểm
0,12
0,196
0,272
0,348

0,12
0,196
0,272
0,348
19

0,114
0,306
0,498
0,69

P2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

0,424
0,475
0,577
0,73
0,934

0,424
0,475
0,577
0,73
0,934

0,882
1,01
1,266
1,65
2,162

• Xét ngắn mạch 1 pha chạm đất N(1):

1
(1)

(1)
(1)
X 1Σ + X 2Σ + X 0 Σ ; I1N = I 2 N = I 0 N ; I N(1) = 3.I1(1)
N
Ta có
Ngắn mạch tại N : X 1Σ = X 2 Σ = 0,12; X 0 Σ = 0,114;
I1(1)N =

1

1
= 2,825
0,12 + 0,12 + 0,114
I N(1) = 3.I1(1)
N = 3.2,825 = 8, 475

I1(1)N =

I N(1) ( kA) = I 0(1)N .I cbI = 8, 475.0, 722 = 6,119kA

I 0(1)N (kA) = I 0(1)N .I cbI = 2,825.0,722 = 2,04kA
* Tính tương tự cho các điểm còn lại.
• Xét ngắn mạch 3 pha N(2):

1
(3)
(3)
(3)
X 1Σ + X 2 Σ ; I 2 N = − I1N ; I 0 N = 0 ;
Ngắn mạch tại N1: X 1Σ = X 2 Σ = 0,12; X 2 Σ = 0,114

1
I1(3)
= 4,167
N =
0,12 + 0,12
I1(3)
N =

I N(3) = 3.I1(3)
N

I N(3) = 3.4,167 = 7, 217
I N(3) (kA) = I N(3) .I cbI = 7, 217.0,722 = 5, 211(kA)

.

Tính tương tự cho các điểm còn lại ta có bảng sau:
Dạng ngắn
mạch

N(1)
IN(kA)

3.I0N(kA)
20

N(2)
IN(kA)

INmin

(kA)

3.I0Nmin
(kA)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
6,119
3,103
2,079
1,563
1,252
1,105
0,895
0,696
0,537

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

6,119
3,103
2,079
1,563
1,252
1,105
0,895
0,696
0,537

5,211

3,190
2,299
1,797
1,475
1,316
1,084
0,857
0,669

21

5,211
3,103
2,079
1,563
1,252
1,105
0,895
0,696
0,537

6,119
3,103
2,079
1,563
1,252
1,105
0,895
0,696
0,537

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHO BẢO VỆ CẮT NHANH, QUÁ DÒNG VÀ
BẢO VỆ QUÁ DÒNG THỨ TỰ KHÔNG
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. Thường 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
Ikđ2 = kat.IN9max = 1,2.0,821 = 0,9852 kA
Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây
1 đuợc chọn như sau:
Ikđ1 = kat.IN5max = 1,2.1,957 = 2,3484 kA
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 chọn
tương tự như trên
I0kđ = kat.3I0Nmax
Với bảo vệ trên đường dây D1, D2:
I0kđ1 = kat.3I0N5max = 1,2.3.0,461 = 1,6596 kA
I0kđ2 = kat.3I0N9max = 1,2.3.0,187 = 0,6732 kA
3. Bảo vệ quá dòng có thời gian.

22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

 Xét ở chế độ cực đại:
• Lựa chọn trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian.
Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được lựa chọn theo công thức :
Ikđ = K.Ilvmax
Trong đó :
K: hệ số chỉnh định. Chọn K = 1,6
Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất.
Theo tính toán ở phần trên ta có :
Ilvmax1 = 280 A
Ilvmax2 = 112 A
Vậy ta có :
Ikđ1 = 1,6.280 = 448 A = 0,448 kA
Ikđ2 = 1,6.112 = 179,2 A = 0,179 kA
• Thời gian làm việc của bảo vệ:
Từ đặc tính thời gian của Rơ le

t =

0,14
Tp , s
I
−1
0,02

*

Trong đó:

I* =

I NM
I kd 2

- Với bảo vệ dòng điện trên D2:
+ Tại điểm ngắn mạch N9:
Ta có IN9max = 0,821 .

I 9* =

0,821
= 4,587
0,179

Mặt khác ta có :
t29 = tpt2 + ∆t = 1,25+0,3 = 1,55 s
Vậy ta có :
( I*0,02 −1)
(4,587 0,02 −1)
Tp 2 = t .
=1,55.
= 0,343s
0,14
0,14
+ Tại điểm ngắn mạch N8:

IN8
1, 07
8
=
= 5,978 nên
Ta có I* =
I kd 2−51 0,179
9
2

23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
t28 =

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

0,14
.0,343 = 1,319 s .
(5,9780,02 − 1)

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch từ N7 đến N5 ta có bảng sau:

Điểm NM
INM (max)
Ikd2
I*NM
t 2NM

N5
1,957
0,179
10,931
0,98

N6
1,719
0,179
9.604
1,038

N7
1,383
0,179
7.727
1,15

N8
1,070
0,179
5.976
1,319

N9
0,821
0,179
4.589
1,55

- Với bảo vệ dòng trên D1:
+ Tại điểm ngắn mạch N5:
5
Ta có I* =

I N 5 1,957
=
= 4,367
I kd 1 0, 448

Với t15 = tpt1+ ∆t

( với ∆t = 0,3 s )

Ta thấy t 25 = 0,56 < tpt1 = 1,25

nên

t15 = 0,75+0,3 = 1,05
t15 .( I*50,02 − 1) 1,05(4,3680,02 − 1)
=
= 0, 224s
0,14
0,14
+ tại điểm ngắn mạch N4
I N 4 2, 464
4
=
= 5,503 nên
Ta có I* =

I kd 1 0, 448
0,14
t14 =
.0, 224 = 0,904 s
(5,50,02 − 1)
Suy ra Tp =

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch từ N7 đến N5 ta có bảng sau:
Điểm NM
INM max

N1
11,37

N2
5,121

N3
3,327

24

N4
2,464

N5
1,957


TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Ikd1
I*NM

0,448
25,38
0,469

t1NM

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

0,448
9,046
0,696

0,448
5,503
0,904

0,448
3,955
1,125

0,448
4,367
1,05

 Xét ở chế độ cực tiểu:
Tính tương tự ở chế độ cực đại.
Các điểm ngắn mạch từ N1 đến N5 tính cho bảo vệ 1.

Điểm NM
INM min
Ikd1
I*
t1NM

N1
5,211
0,448
11,631
0,623

N2
3,103
0,448
6,927
0,795

N3
2,079
0,448
4,64
1,006

N4
1,563
0,448
3,488
1,239

N5
1,252
0,448
2.,795
1,51

Các điểm ngắn mạch từ N5 đến N9 tính cho bảo vệ số 2.
Điểm NM
INMmin
Ikd2
I*
t 2NM s

N5
1,252
0,179
6,995
1,221

N6
1,105
0,179
6,174
1,295

N7
0,895
0,179
5,000
1,468

Tổng hợp cả 2 trường hợp ta có đồ thị như sau:

25

N8
0,696
0,179
3,891
1,749

N9
0,537
0,179
3,003
2,160