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

Lời nói đầu
Những thành tựu đạt được trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp
điện lực, đặc biệt rong những năm gần đây cho phép thiết kế và xây dựng
các hệ thống điện tin cậy và kinh tế nhằm đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu
điện năng ngày càng tăng của xã hội. Trong sự phát triển đó, các thiết bị và
hệ thống bảo vệ đóng một vai trò cực kì quan trọng nó đảm bảo cho các thiết
bị điện chủ yếu như máy phát điện, máy biến áp, đường dây dẫn điện trên
không và cáp ngầm, thanh góp và các động cơ cỡ lớn… và toàn bộ hệ thống
điện làm việc an toàn, phát triển liên tục và bền vững.
Trong khuôn khổ của đồ án này chỉ thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho
đường dây cung cấp hình tia với các loại bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá
dòng có thời gian và quá dòng thứ tự không.
Do là lần đầu tiên làm nhiệm vụ thiết kế sẽ không tránh những sai sót
do trình độ còn hạn hẹp cũng như gấp rút trong thời gian làm đồ án, em rất
mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn của thầy giáo.
Em cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Tạ
Tuấn Hữu đã giúp em hoàn thành đồ án này trong thời gian qua.

Hà nội, ngày 21-12-2010
Sinh viên
Trần Đức Liêm

1


I, ĐỀ BÀI
Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng điện có thời gian và quá
dòng thứ tự không cho đường dây cung cấp điện hình tia D1, D2.

CÁC SỐ THÔNG SỐ BAN ĐẦU
1, Hệ thống điện:

SNmax = 1500 MVA
SNmin = 0,7 * SNmax = 0,7 * 1500=1050 (MVA)
XoH = 0,8 X1HT
2, Máy biến áp B1 và B2:
Sdđ = 2 * 45 = 90 MVA
Cấp điện áp: U1/U2 = 115/24 (kV)
Uk%= 12,5%
3, Đường dây
Đường dây
D1
D2

Loại dây dẫn Chiều dài(km)
AC-100
10
AC-100
15

4,Phụ tải
P1 = 4 (MW) , cosφ1 = 0,9 , tpt1 = 1 (s)
P2 = 3 (MW) , cosφ2 = 0,8 , tpt2 = 0,75 (s)
5, Đặc tính thời gian của Rơ le

t=

0,14
Tp , s
0,02
I * −1

2

Z1(Ω/km)
0,27+j0,39
0,27+j0,39

Z0(Ω/km)
0,48+j0,98
0,48+j0,98


II, NỘI DUNG:
1,Phần lý thuyết:
+ Nêu nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle.
+ Nêu nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng.
+ Nhiệm vụ, sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng
tác động của từng bảo vệ đặt cho đường dây.
2, Phần tính toán:
+ Chọn BI ( Isdđ = 10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-70A)*n ; n = (10-1001000)
+Tính toán ngắn mạch, xây dựng quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch với
chiều dài đường dây trong các chế độ cực đại, cực tiểu.
+ Tính toán thông số khởi động cho các bảo vệ của đường dây D1 và D2.
+ Xác định vùng bảo vệ của BVQD cắt nhanh và BVQD có thời gian.
+ Vẽ sơ đồ nguyên lý bảo vệ cho đường dây D1 và D2

A. PHẦN LÝ THUYẾT

1, Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơle.
Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cũng phải kể
đến khả năng phát sinh những sự cố và các tình trạng làm việc không bình

thường trong hệ thống đó.
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.

3


- 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 dụng
nhiệt và cơ.
- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.
Ngoài các loại sự cố do ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có các
tình trạng làm việc không bình thường như chế độ quá tải, Dòng điện quá tải
làm tăng nhiệt độ của các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép, làm cho
cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể
thực hiện các biện pháp loại bỏ nhanh phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống ,loại
trừ những tình trạng làm việc không bình thường có kả năng gây hư hại cho
thiết bị và hộ dùng điện.
Như vậy: nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động loại bỏ
phần tử gặp sự cố đảm bảo cho hệ thống vẫn làm việc bình thường, Ngoài ra
còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của
các phần tự trong hệ thống điện, Tùy mức độ mà bảo vệ rơle có thể tác động
đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt.
2, Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle.
Để thực hiện các chức năng và nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo
vệ phải thỏa mạn những yệu cầu cơ bản sau:
a/ Tin cậy
Tin cậy là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn,

Rơle không bị tác động sai. Cần phân biệt:
- Độ tin cậy tác động là mức độ chắc chắn của rơle hoặc hệ thống rơle
sẽ tác động đúng.

4


- Độ tin cậy không tác động là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ
thống rơle sẽ không làm việc sai.
b/ Tính chọn lọc.
Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện
còn các phần tử khác vẫn tiếp tục làm việc gọi là tác động chọn lọc.
c/ Tác động nhanh.
Phần tử bị ngắn mạch càng được cắt nhanh, càng hạn chế 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 ổn định của sự làm việc của các máy phát điện và toàn
bộ hệ thống.
d/ Độ nhạy.
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ
thống bảo vệ.
Đối với bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,5 ÷
2,0 còn đối với bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,2 ÷ 1,5.
e/ Tính kinh tế.
Tuỳ thuộc vào thiết bị được bảo vệ và đặc tính bảo vệ mà ta cần phải
cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo
được các yêu cầu kĩ thuật mà chi phí thấp nhất.
3, Nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng :
Vì ta đang thực hiện thiết kế BV cho đường dây nên ta sẽ sử dụng các
loại BV sau:
+ Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50)

+ Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N)
+ Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51)
+ Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian (51N)
Nguyên tắc tác động của các bảo vệ trên đều có chung 1 nguyên tắc đó là
bảo vệ quá dòng điện, Bảo vệ sẽ tác động khi có dòng điện đi qua phần tử

5


được bảo vệ vượt quá một giá trị định trước gọi là dòng điện khởi động của
BV ( Ikđ)
•

Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) và quá dòng TTK cắt nhanh
(50N) :
- 2 loại bảo vệ này làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s)
•
Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51) và quá dòng TTK có thời
gian (51N)
- Khi có dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ lớn hơn Ikđ thì 2 loại bảo
vệ này sẽ bắt đầu đếm thời gian t sau khi đếm hết thời gian (đã được xác
định bằng các công thức có sẵn) mà dòng trên phần tử đó vẫn còn lớn
hơn Ikđ thì bảo vệ sẽ phát tín hiệu cho máy cắt làm việc
Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N) và quá dòng TTK có thời gian
(51N) có đối tượng tác động là dòng TTK khi có sự cố như NM 1 pha
chạm đất , NM 2 pha chạm đất.
4, 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 điện cắt nhanh (50):
+ Nhiệm vụ: Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ

thống loại bỏ dòng sự cố đảm bảo an toàn cho hệ thống và vẫn làm việc
bình thường.
+ Nguyên lý làm việc: 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 ngắn điện mạch lớn nhất đi qua chỗ dặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ
đầu phần tử tiếp theo.
+ Thông số khởi động :
Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
Ikđ50 = kat * IN,ng, max
Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3
IN,ng,max : dòng ngắn mạch ngoài cực đại. Thường lấy bằng giá trị
dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây
+ Vùng tác động : Vùng tác động của bảo vệ không bao trùm toàn bộ chiều
dài đường dây được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch ,chế độ vận
hành của hệ thống , Phạm vi bảo vệ : Lcn-50max - Lcn-50min
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh : Sơ đồ nguyên lý ,phạm vi bảo vệ , chọn Ikđ

6


b) Bảo vệ quá dòng điện TTK cắt nhanh (50N):
+ Nhiệm vụ : Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ
thống
loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình
thường và không bị hư hại.
+ Nguyên lý làm việc: tương tự như BV quá dòng cắt nhanh nhưng bảo vệ
này
hoạt động dựa trên trị số dòng TTK Io của đường dây được
bảo vệ. Khi dòng này lớn hơn Ikđ của BV thì BV sẽ tác động cắt máy cắt
+ Thông số khởi động :

Dòng điện khởi động của BV:
Ikđ50N = kat *3* I0N,ng, max
Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3
I0N,ng,max : dòng ngắn mạch TTK ngoài cực đại
+ Vùng tác động : Cũng tương tự như BV quá dòng cắt nhanh nhưng vùng
bảo vệ ổn định hơn khi chế độ vận hành hệ thống thay đổi.
Phạm vi bảo vệ : Lcn-50Nmax - Lcn-50Nmin
c) Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51):
+ Nhiệm vụ :Loại bỏ phần tử bị sự cố sau thời gian t (đã đặt) ra khỏi hệ
thống nhằm loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình
thường không bị gián đoạn.
+ Nguyên lý làm việc :Tính chọn lọc của BV dòng điện có thời gian được
đảm bảo bằng nguyên tắc phân cấp chọn thời gian tác động. Bảo vệ càng
gần nguồn cung cấp thời gian tác động càng lớn
+ Thông số khởi động : -Dòng điện khởi động của bảo vệ
7


Ikđ51 = k. Ilvptmax
Với: k : hệ số chỉnh định , Lấy k = 1,6
Ilvptmax: dòng làm việc max
- Thời gian làm việc của bảo vệ : Có 2 loại đặc tính thời gian làm việc
của bảo vệ quá dòng có thời gian :(a) - Đặc tính độc lập
(b)- Đặc tính 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, còn của bảo vệ đặc tính thời gian phụ
thuộc thì tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ: dòng càng lớn thì
thời gian tác động càng ngắn.

(b) - T/h đặc tuyến độc lập ; (c) - T/h đặc tuyến phụ thuộc
+ Vùng tác động : Toàn bộ đường dây
8


d) Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian (51N):
Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc cũng tương tự như BV quá dòng điện có
thời gian nhưng nó làm việc theo dòng TTK của đường dây được bảo vệ.
+ Thông số khởi động :
- Dòng khởi động của bảo vệ :
Ikđ-51N = k * IdđsBI
Với: k = 0,3
IdđsBI: dòng sơ cấp định mức BI
- Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng TTK có thời gian: được chọn
theo từng cấp. Thời gian làm việc của bảo vệ về phía nguồn cấp hơn bảo
vệ phía đường dây là ∆t
+ Vùng tác động : Toàn bộ đường dây.

B.NỘI DUNG TÍNH TOÁN
Chương I: Chọn máy biến dòng điện
I, Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng điện BI1,BI2
Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn theo công thức :

nI =

Isdd
I tdd

Chọn Itdd = 5 A
Dòng Isdd được chọn theo công thức

Isdd ≥ Ilvmax = kqt*Ipt
Trong đó kqt = 1,4
a,Chọn tỷ số biến của BI2:
Dòng điện làm việc phụ tải 2:
P2
3.103
I pt 2 =
=
= 90, 211 (A)
3 * U * cos ϕ2
3 * 24*0,8
=> Ilvmax2 = 1,4 * 90,211 = 126,295 (A)
ta chọn Isdd =150 (A)
Vậy tỉ số biến của BI2 là: nBI2 = 150/5

9


b,Chọn tỷ số biến của BI1
Dòng làm việc phụ tải 1:
P1

I pt1 = I pt 2 +

= 90, 211 +

3 * U *cos ϕ1
Vậy Ilvmax1 = 1,4 *197,13 = 275,982 (A)
Ta chọn Isdd1 = 300 (A)
Vậy tỷ số biến của BI1 là : nBI1 = 300/5

4.103
3 * 24* 0,9

Chương II: Tính toán ngắn mạch
A/Tính toán thông số :
Chọn hệ đơn vị tương đối cơ bản :
Chọn Scb = 100 MVA
Ucbi = Utbi ( 115 kV ; 24 kV )
I/ Hệ thống điện:
X1HT* =

Scb
SN

1, Chế độ phụ tải cực đại:
Ta có : SN = SNmax = 1500 MVA
+ Hai máy biến áp làm việc song song
Điện kháng hệ thống:
S
100
X1HT* = cb =
= 0, 067
SN max 1500
X2 HT* = X1 HT * = 0,067
X0HT* =0,8 * 0,067=0,0536
2, Chế độ phụ tải cực tiểu:
Ta có : SNmin = 1050 MVA
+ Một máy biến áp làm việc
Điện kháng hệ thống:

S
100
X1HT* = cb =
= 0, 095
SN min 1050
X2 HT* = X1 HT * = 0,095
10

= 197,13 (A)


X0HT* =0,8 * 0,095 = 0,076
II/ Giá trị các điện kháng của lưới:
1. Máy biến áp

X1b* =

U k % Scb 12,5 100
*
=
*
= 0, 278
100 Sdm 100 45

X1b* = X 2b* = X 0b* =0,278
2, Đường dây D1:
X d1* = 0,39*10 *

100
= 0, 677

242

X 0d1* = 0,98*10*

100
= 1, 701
242

3. Đường dây D2
100
= 1, 016
242
100
= 0,98*15* 2 = 2,552
24

X d 2* = 0, 39 *15*

X 0d 2*

 Chọn vị trí các điểm tính ngắn mạch
Ta chia mỗi đoạn đường dây thành 4 đoạn bằng nhau ,Ta cần tính dòng
ngắn mạch tại 9 điểm như hình vẽ sau:

B/ Tính toán ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch
11


Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương
pháp các thành phần đối xứng, Điện áp và dòng điện được chia thành 3

thành phần:thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành
phần thứ tự không,
Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều có
tính theo công thức :
(n )

I1Ni =

E
(X1Σ + X (n)
∆ )

Trong đó X(n)∆ là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n
Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha có thể tính theo công
thức:

I(nNi) = m (n ) * I1Ni
Ta có bảng tóm tắt sau:
Dạng ngắn
mạch
NM 1 pha
chạm đất

Kí hiệu

X∆(n)

m(j)

N(1)

X2Σ + X0Σ

3

NM 2 pha

N(2)

X2∑

3

NM 3 pha

N(3)

0

NM 2 pha
chạm đất

N(1,1)

X 2 Σ // X 0 Σ

Sơ đồ thay thế tổng quát:

I/ Tính trong chế độ cực đại
- Tính ngắn mạch ở chế độ MAX:

12

1
3 x 1−

X2 ∑ × X0 ∑
(X 2 ∑ + X 0 ∑ ) 2


+ Tính các dạng NM: N(3) N(1) N(1,1)
+ 2MBA làm việc song song
Sơ đồ thay thế và thông số của lưới ở chế độ MAX:

Tính ngắn mạch N(3) , N(1) N(1,1) cho lần lượt các điểm NM từ N1 đến N9
Giá trị X1Ni∑ và X0Ni∑ được tính như sau:
+ Ngắn mạch tại N1 :
X1N1∑ = XHT + 0,5 * XB=0,067+0,5,0,278=0,206 ,Với XHT = 0,067
X0N1 = X0HT + 0,5*XB=0,0536+0,5*0,278=0,193 ,Với X0HT = 0,0536
+ Ngắn mạch từ N2 đến N9:
Tổng quát :
X1Ni+1 = X1Ni + ¼ Xd1 với i = (1÷4)
X1Ni+1 = X1Ni + ¼ Xd2 với i = (5÷8)
X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d1 với i = (1÷4)
X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d2 với i = (5÷8)
Với:

1
0, 677
X d1 =
= 0,169

4
4
1
1, 701
X 0d1 =
= 0, 425
4
4

1
1, 016
Xd 2 =
= 0, 254
4
4
1
2,552
X 0d2 =
= 0, 638
4
4

Ta có bảng số liệu tính toán như sau:
Điểm
NM
X∑

N1

N2

N3

N4

X1Ni∑

0,206

0,375 0,544 0,713

X2Ni∑

0,206

0,375 0,544 0,713

X0Ni∑
X∆(1)

0,193
0,399

X∆(1,1)

0,100

N5
0,88
2

0,88
2

N6

N7

1,136

1,39

1,136

1,39

N8

N9

1,644 1,898

1,644 1,898
3,80
0,618 1,043 1,468 1,893 2,531 3,169
7
4,445
0,993 1,587 2,181 2,775 3,667 4,559 5,451 6,343
0,35 0,48 0,60
0,233
8

0
2
0,784 0,966 1,148 1,330
13


Còn X∆(3) = 0
1.Tính ngắn mạch tại điểm N1
a,Ngắn mạch 3 pha N(3) : ta có m(3) = 1
+ Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận:
Trong hệ đơn vị tương đối :
E
1
=
= 4,854
(3)
(X1N1Σ + X ∆ ) 0, 206
Trong hệ đơn vị có tên
Scb
100
(3)
I(3)
=
I
*
=
4,854*
= 11, 68 (kA)
N1
∗1N1

U cb * 3
3 * 24
b,Ngắn mạch 1 pha N(1) : ta có m(1) = 3
+Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận:
(3)
I*1N1
=

(1)

E
1
=
= 1, 653
(X1N1Σ + X (1)
(0, 206 + 0,399)
∆ )
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
I*1N1 =

(1)
(1)
I*N1
= m (1) * I*1N1
= 3*1, 653 = 4,959

Tính trong hệ đơn vị có tên
100
I(1)
= 11,929 (kA)

N1 = 4,959*
3 * 24
+Dòng điện ngắn mạch thứ tự không:
I*0N1(1) = I*1N1(1) = 1,653
Trong hệ đơn vị có tên:
100
I(1)
= 3,976 (kA)
0N1 = 1, 653*
3 * 24
c.Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1): ta có m(1,1)
+ Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận:
+m(1,1) tính theo công thức:

14


m(1,1) = 3 * (1 − X∆) = 3 x 1 −

X 2∑ × X0 ∑
= 3. 1 − 0, 25 = 1,5
(X 2 ∑ + X 0 ∑ ) 2

Trong hệ đơn vị tương đối :
(1,1)

I*1N1 =

E
1

=
= 3, 268
(1,1)
(X1N1Σ + X ∆ ) 0, 206 + 0,1

Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
(1,1)
(1,1)
I*N1
= m (1,1) * I*1N1
= 1,5*3, 268 = 4,902

Trong hệ đơn vị có tên
(1,1)

I

(1,1)
N1

= I*1N1*

Scb
U cb * 3

= 4,902*

100
= 11, 792 (kA)
3 * 24

+Dòng điện ngắn mạch thứ tự không:
I*0N1

(1,1)

= I*1N1

(1,1)

X Σ2
0, 206
. X Σ + X Σ = 3,268. 0, 206 + 0,193 = 1,687
2
0

Trong hệ đơn vị có tên:
I(1,1)
0N1 = 1, 687 *

100
= 4, 058 (kA)
3 * 24

15


2.Các điểm NM từ N2 đến N9:
Tính toán tương tự như điểm N1
Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MAX như sau :

MAX

N1

N2

N3

N4

X1∑

0,206

0,375

0,544 0,713

X2∑

0,206

0,375

0,544 0,713

X0∑

0,193

0,618

1,043 1,468 1,893 2,531 3,169

X∆(1)

0,399

0,993

X∆(1,1)

0,100

0,233

m(3)
m(1)
m(1,1)

1
3
1,50

1
3
1,51

3,80
4,445

7
1,587 2,181 2,775 3,667 4,559 5,451 6,343
0,35 0,48 0,60 0,78
0,966 1,148 1,330
8
0
2
4
1
1
1
1
1
1
1
3
3
3
3
3
3
3
1,52 1,53 1,53 1,54 1,54 1,54 1,54

INi(3) (kA) 11,678

6,415

4,422 3,374 2,727 2,118 1,731 1,463 1,267

INi(1) (kA) 11,929

5,275

3,387 2,494 1,973 1,503 1,213 1,017 0,876

I0Ni(1) (kA)

3,976

1,758

1,129

INi(1,1)(kA)

11,80
8

5,990

4,06
8

I0Ni(1,1)
(kA)

4,064

1,493

0,915 0,659 0,515

0,83
1
3,08
5

16

N5
0,88
2
0,88
2

0,65
8

N6

N7

1,136

1,39

1,644 1,898

1,136

1,39

1,644 1,898

0,50
1

0,40
4

N8

N9

0,339 0,292

2,485 1,924 1,570 1,326 1,147
0,38
8

0,311

0,26
0

0,223


Đồ thị quan hệ giữa dòng INmax ; 3xI0max và chiều dài đường dây:

Bảng tổng kết:
C/đ
N1
MAX
INmax
11,92
(kA)
9
3xI0Nmax 12,19
(kA)
2

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

6,41
5
5,27

5

4,42
2
3,38
7

3,37
4
2,49
4

2,72
7
1,97
3

2,11
8
1,50
3

1,73
1
1,21
3

1,46
3
1,01

7

II/ Tính trong chế độ cực tiểu:
- Tính ngắn mạch ở chế độ MIN:
+ Tính các dạng NM: N(2) N(1)
17

N(1,1)

N9
1,267
0,876


+ Chỉ 1MBA làm việc
Sơ đồ thay thế và thông số của lưới ở chế độ MIN:

Tính ngắn mạch N(2) và N(1) cho lần lượt các điểm NM từ N1 đến N9
Giá trị X1Ni∑ và X0Ni∑ được tính như sau:
+ Ngắn mạch tại N1 :
X1N1∑ = Xht + XB =0,095+0,278=0,373; Với Xht = 0,095
X0N1 = X0ht + XB=0,076+0,278=0,354; Với X0ht = 0,076
+ Ngắn mạch từ N2 đến N9:
Tổng quát :
X1Ni+1 = X1Ni + ¼ Xd1 với i = (1÷4)
X1Ni+1 = X1Ni + ¼ Xd2 với i = (5÷8)
X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d1 với i = (1÷4)
X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d2 với i = (5÷8)
Với:

1
0, 677
X d1 =
= 0,169
4
4
1
1, 701
X 0d1 =
= 0, 425
4
4

1
1, 016
Xd 2 =
= 0, 254
4
4
1
2,552
X 0d2 =
= 0, 638
4
4

Ta có bảng số liệu tính toán như sau:
Điểm
NM

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

X∑
0,88
0
0,88
0,542 0,711
0
0,779 1,204 1,629
0,88
0,542 0,711
0

X1Ni∑

0,373

0,542 0,711

1,049 1,303 1,557 1,811 2,065

X2Ni∑

0,373

X0Ni∑

0,354

X∆(2)

0,373

X∆(1)

0,727

1,321 1,915 2,509 3,103 3,995

4,88
7

X∆(1,1)

0,182

0,32
0

1,061 1,243 1,426

1,049 1,303 1,557 1,811 2,065
2,054 2,692 3,330 3,968 4,606
1,049 1,303 1,557 1,811 2,065

0,447 0,571 0,694

18

0,87
8

5,779 6,671


1,Tính ngắn mạch tại điểm N1
a,Ngắn mạch 2 pha N(2) : ta có m(2) = 3
+Dòng ngắn mạch thứ tự thuận:
Trong hệ đơn vị tương đối
( 2)

I*1N1 =

E

1
=
= 1,34
X1N1Σ + X (2)
0,373
+
0,373
∆

Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
(2)
(2)
I*N1
= m (2) * I*1N1
= 3 *1,34 = 2,321

Trong hệ đơn vị có tên
(2)
Scb
100
(2)
I N1 = I*1N1*
= 2,321*
= 5,583 (kA)
U cb * 3
3 *24
b,Ngắn mạch 1 pha N(1) :ta có m(1) = 3
(1)

E

1
=
= 0,909
(1)
X1N1Σ + X ∆
0,373 + 0, 727
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
I*1N1 =

(1)
(1)
I(1)
* I*1N1
N1 = m

Scb
U cb * 3

= 3*0,909*

100
= 6,56 (kA)
3 * 24

Ta có thành phần dòng điện thứ tự không:
I*0N1(1) = I*1N1(1) = 0,909
Trong hệ đơn vị có tên:
100
(1)
(1)

I1N1
= I0N1
= 0,909*
= 2,187 (kA)
3 * 24
c,Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)
+ Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận:
+m(1,1) tính theo công thức:
m(1,1) = 3 * (1 − X∆) = 3 x 1 −

X2 ∑ × X0 ∑
0,373.0,354
= 3. 1 −
= 1,5
2
(X 2 ∑ + X 0 ∑ )
(0,373 + 0,354) 2

Trong hệ đơn vị tương đối :
(1,1)

E
1
=
= 1,802
(1,1)
(X1N1Σ + X ∆ ) 0,373 + 0,182
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
I*1N1 =

19


(1,1)
(1,1)
I*N1
= m (1,1) * I*1N1
= 1,5*1,802 = 2, 703

Trong hệ đơn vị có tên
Scb
100
(1,1)
I(1,1)
= 2, 703*
= 6,502 (kA)
N1 = I*1N1 *
U cb * 3
3 * 24
+Dòng điện ngắn mạch thứ tự không:
I*0N1

(1,1)

= I*1N1

(1,1)

X Σ2
0,373

. X Σ + X Σ =1,802. 0,373 + 0,354 = 0,925
2
0

Trong hệ đơn vị có tên:
100
I(1,1)
= 2, 225 (kA)
0N1 = 0,925*
3 * 24
2. Các điểm NM từ N2 đến N9:
Tính toán tương tự như điểm N1
Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MIN như sau :
MIN
X1∑
=X2∑
X0∑
X∆(2)
X∆(1)
X∆(1,1)
I*Ni(2)
(kA)
INi(2)
(kA)
INi(1)
(kA)
I0Ni(1)
(kA)
m(1,1)
INi(1,1)

(kA)

N1
0,37
3
0,35
4
0,37
3
0,72
7
0,18
2
2,32
2
5,58
5
6,56
1
2,18
7
1,50
6,50
7

N2
0,54
2
0,77
9

0,54
2
1,32
1
0,32
0
1,59
8
3,84
4
3,87
4
1,29
1
1,51
4,21
0

N3
0,71
1
1,20
4
0,71
1
1,91
5
0,44
7
1,21

8
2,93
0
2,74
8
0,91
6
1,52
3,15
0

N4
0,88
0
1,62
9
0,88
0
2,50
9
0,57
1
0,98
4
2,36
7
2,13
0
0,71
0

1,52
2,52
3

20

N5
1,049
2,054
1,049
3,103
0,694
0,826
1,986
1,738
0,579
1,53
2,106

N6
1,30
3
2,69
2
1,30
3
3,99
5
0,87
8

0,66
5
1,59
9
1,36
2
0,45
4
1,53
1,68
7

N7
1,55
7
3,33
0
1,55
7
4,88
7
1,06
1
0,55
6
1,33
8
1,12
0
0,37

3
1,53
1,40
8

N8
1,81
1
3,96
8
1,81
1
5,77
9
1,24
3
0,47
8
1,15
0
0,95
1
0,31
7
1,53
1,20
8

N9
2,065

4,606
2,065
6,671
1,426
0,419
1,009
0,826
0,275
1,54
1,058


I0Ni(1,1)
(kA)

2,22
5

1,14
6

0,77
1

0,58
1

0,466

0,36

0

0,29
3

0,24
0,213
7

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

5,585

3,844

6,561

3,437

2,74
8
2,31
4

2,13
0
1,74
4

1,73
8
1,39
9

1,36
2
1,07
9

1,12
0
0,87
8

0,95
1

0,74
0

Bảng tổng kết:
C/đ
MIN
INmin
(kA)
3xI0Nmi
n(kA)

Đồ thị quan hệ giữa dòng INmin và chiều dài đường dây:

Đồ thị quan hệ giữa dòng 3xI0min và chiều dài đường dây:

21

N9
0,826
0,640


Chương III: Tính toán thông số khởi động cho các bảo vệ
I/ Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50):
Chọn dòng điện khởi động
Ikđ-50 = kat x INngmax
Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2
INngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại, thường lấy bằng giá trị
dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây.
1. Đoạn đường dây D2

Ikđ2-50 = kat x IN9max = 1,2 x 1,267 = 1,5204 (kA)
2. Đoạn đường dây D1
Ikđ1-50 = kat x IN5max = 1,2 x 2,727 =3,2724 (kA)
II/ Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N):
Chọn dòng điện khởi động
Ikđ-50N = kat x 3 x I0Nngmax
Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2
22


I0Nngmax: dòng ngắn mạch TTK ngoài cực đại
1. Đoạn đường dây D2
Ikđ2-50N = kat x 3 x I0N9max = 1,2 x 0,876 = 1,051 (kA)
2, Đoạn đường dây D1
Ikđ1-50N = kat x 3 x I0N5max = 1,2 x 1,973 =2,368 (kA)
III/ Bảo vệ quá dòng có thời gian (51):
Chọn dòng điện khởi động
Ikđ-51 = k x Ilvptmax
Với: k : hệ số chỉnh dịnh , Lấy k = 1,6
Ilvptmax: dòng làm việc max,Ta có: Ilvmax1 = 275,982 A = 0,276 (kA)
Ilvmax2 = 126,295 A = 0,127 (kA)
1, Đoạn đường dây D1
Ikđ1-51 = k x Ilvptmax1 =1,6 x 0,276=0,4416 (kA)
2. Đoạn đường dây D2
Ikđ2-51 = k x Ilvptmax2 =1,6 x 0,127=0,2032 (kA)
 Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:
Đặc tính thời gian của rơle:

t=

0,14
Tp (s)
I 0,02
−
1
*

với:

1. Chế độ MAX
 Với đường dây D2:
• Xét điểm ngắn mạch N9: IN9max = 1,267 (kA)

I*9 =

I N9
I kđ 2 −51

=

1, 267
= 6, 235
0, 2032

t 92 = t pt 2 + ∆t = 0,75+0,3 = 1,05 s

23

I* =

I Ni
I kđ


(I*(9)0,02 − 1) 9 6, 2350,02 − 1
Tp2 =
.t 2 =
.1, 05 = 0, 28 (s)
0,14
0,14
• Xét điểm ngắn mạch N8: IN8max = 1,463 (kA)

I*8 =
t 82 =

I N8
I kđ 2−51

=

1, 463
= 7, 2
0, 2032

0,14
0,14
T
=
.0,28=0,973 (s)
p2

I*0,02 -1
7,20,02 -1

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây D2:

INmax
(kA)
t2 , s

N5

N6

N7

N8

N9

2,727

2,118

1,731 1,463 1,267

0,735

0,817

0,895 0,973 1,050

Ikđ2-51 = 0,2032 (kA) ; Tp2 = 0,28(s)
 Với đường dây D1:
Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên đường dây 1 là:
t15 = max { t 52 , t pt1 } + ∆t =max{ 0,735; 1,0} +∆t
= 1 + 0,3 = 1,3 (s)
• Xét điểm ngắn mạch N5: IN5max = 2,727 (kA)

I*5 =

I N5
I kđ1−51

=

2, 727
= 6,175
0, 4416

t15 = 1,3 (s)

I*(5)0,02 − 1 5 6,1750,02 − 1
Tp1 =
.t1 =
.1,3 = 0,344 (s)
0,14
0,14
• Xét điểm ngắn mạch N4: IN4max = 3,374 (kA)

24

IN4

3,374
= 7, 64
I kdd1−51 0, 4416
0,14
0,14
t14 = 0,02 Tp1 =
.0,344 = 1,16 (s)
I* − 1
7, 640,02 − 1

I*4 =

=

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây D1:
INmax
(kA)
t1, s

N1

N2

N3

N4

N5

11,929

6,415

4,422 3,374 2,727

0,707

0,876

1,021 1,160 1,300

Ikđ1-51 = 0,4416 (kA) ; Tp1 = 0,344 (s)
2. Chế độ MIN
Tính toán tương tự như ở chế độ MAX
Ta có kết quả tính toán như sau:
 Với đường dây D2:
INmin (kA)
t2 , s

N5
1,738
0,681

N6
1,362
0,770

N7
1,120
0,860

N8
0,951
0,953

N9
0,826
1,050

N4
2,130
1,130

N5
1,738
1,3

Ikđ2-51 = 0,2032 (kA) ; Tp2 = 0,2133 (s)
Với đường dây D1:
INmin (kA)
t1 , s

N1
5,585
0,694

N2
3,844
0,817

N3
2,748
0,970

Ikđ1-51 = 0,4416 (kA) ; Tp1 = 0,258 (s)
Từ kết quả trên ta có đường đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có
thời gian ở chế độ MAX và MIN như sau:

ĐẶC TÍNH THỜI GIAN LÀM VIỆC

25