Tài liệu bảo vệ role chương 2.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
20

CHƯƠNG 2
BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

2.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN KHÔNG HƯỚNG.
2.1.1 Nguyên tắc tác động.
BV quá dòng điện là loại BV tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bò bảo
vệ tăng quá giá trò đònh trước. Có thể chọn BV quá dòng điện thành BV dòng
điện cực đại hay BV dòng điện cắt nhanh. Chúng khác nhau ở chỗ cách đảm
bảo yêu cầu tác động chọn lọc và vùng bảo vệ tác động. Để BV dòng cực đại
tác động chọn lọc, người ta tạo cho nó thời gian trì hoãn thích hợp. Để đảm
bảo chính xác chọn lọc BV cắt nhanh cần chọn dòng khởi động thích hợp.
Vùng BV của BV dòng cực đại gồm cả phần tử được BV và các phần tử lân
cận. Vùng BV cắt nhanh chỉ một phần của phần tử được BV.

2.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại.
Khảo sát một đường dây hình tia, có một nguồn cung cấp, có đặt BV dòng cực
đại (DCĐ) ở đầu phía nguồn mỗi đoạn đường dây (Hình 2.1a). Như vậy mỗi
đoạn đường dây có BV riêng biệt.
Khi NM xảy ra tại N
1
, dòng sự cố chạy trên cả bốn đoạn, vì vậy các BV 1, 2,
3, 4 đều khởi động. Tuy nhiên theo yêu cầu chọn lọc, chỉ có BV 4 được tác
động cắt phần tử hư hỏng. Muống vậy, bảo vệ DCĐ cần có đặc tính thời gian
trì hoãn tác động, thời gian này tăng dần tính từ hộ tiêu thụ đến nguồn (Hình
2.1b). Nhờ cách chọn này, khi NM tại N
1
, bảo vệ 4 tác động sớm nhất cắt

đoạn sự cố ra khỏi mạng. Sau đó các BV 1, 2, 3 trở về vò trí ban đầu mà không
tác động. Tương tự như trên, khi NM tại N
2
bảo vệ 3 sẽ tác động trước bảo vệ
2 và 1. Nguyên tắc chọn thời gian trì hoãn tác động (thời gian tác động) nêu
trên gọi là nguyên tắc từng cấp.
2.1.2.1 Dòng điện khởi động của bảo vệ .
Hình 2.1 Bảo vệ dòng điện cực đại cho đường dây hình tia một nguồn cung cấp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
21

Theo nguyên tắc tác động, dòng điện khởi động của BV phải lớn hơn dòng
điện phụ tải cực đại qua chỗ đặt bảo vệ, tuy nhiên trong thực tế việc chọn
dòng khởi động còn phụ thụôc vào nhiều điều kiện khác.
I
kđ
> I
lv max

Ví dụ: chọn dòng khởi động của BV 1 trên đường dây (H.2.1). Bảo vệ DCĐ
khởi động chắc chắn khi NM, nhưng đồng thời không được khởi động đối với
dòng điện phụ tải cực đại cũng như đối với những biến động ngắn hạn do các
động cơ tự khởi động… Đối với bảo vệ trên ta xét hai trường hợp sau khi NM
trên một trong những phần tử nối với trạm B (N
3
, N
5
, N
6

) và khi NM trên đoạn
AB (N
4
) nếu có đặt thiết bò tự đóng lại tại MC1.
Khi NM tại N
3
(H.2.1a) các rơle dòng của bảo vệ 1, 2 đều khởi động. Sau khi
bảo vệ 2 cắt đoạn sự cố thì BV 1 không còn dòng NM nhưng còn dòng phụ tải
của các đoạn dây còn lại. Yêu cầu BV 1 phải trở vế vò trí ban đầu trong điều
kiện có dòng phụ tải chạy qua nếu không trở về BV cắt sai đường dây không
hư hỏng, mặc dù sự cố đã được loại trừ.
Khi NM do điện áp tụt xuống, tốc độ các động cơ bò hãm lại. Sau khi NM các
động cơ này tự khởi động lại cùng một lúc với dòng khá lớn I
TK
(H.2.2a).
Dòng này giảm tới giá trò I
lv
(I
lv
< I
lv max
) có thể viết: I
TK
= K
mm
.I
lvmax

Với K
mm

: hệ số mở máy, phụ thuộc vào loại động cơ, vò trí tương đối giữa chỗ
đặt bảo vệ và động cơ, sơ đồ mạng điện và nhiều yếu tố khác. Giá trò thường
gặp:K
mm
= 2÷3.
Từ điều kiện rơle dòng điện cực đại phải trở về vò trí ban đầu sau khi cắt
mạch, ta có thể viết:
I
tv
> I
TK
= k
mm
I
lvmax
; I
tv
= K
at
. K
mm
. I
lvmax

Quan hệ giữa dòng điện khởi động I
kđ
và dòng điện trở về của rơle được đặc
trưng bằng hệ số trở về:
1p
kd

tv
tv
I
I
K =

Từ đó dòng điện khởi động của bảo vệ bằng:
Hình 2.2 Dòng điện qua bảo vệ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
22


max
.
lv
tv
mmat
kd
I
K
KK
I =
(2.1)
Trong một số sơ đồ nối dây, dòng điện I
T
ở cuộn thứ cấp của BI khác với dòng

điện I
R

chạy vào bảo vệ. Ở tình trạng đối xứng, chúng ta có:
I
R
(3)
= K
sđ
(3)
. I
T
(3)

Trong đó: K
sđ
– là hệ số sơ đồ. Nếu kể đến sơ đồ nối dây và hệ số biến đổi
n
BI
của biến dòng thì:
max
.
..
lv
BItv
sdmmat
kd
I
nK
KKK
I
R
=

(2.2)
Trong trường hợp có đặt thiết bò tự động đóng trở lại tại vò trí MC1 dòng khởi
động phải lớn hơn dòng tự mở máy sau khi tự đóng lại đường dây nếu có NM
tại N
4
. Sau khi cắt đoạn AB, dòng qua bảo vệ không có và bảo vệ trở về trạng
thái ban đầu (H.2.2b). Sau khi tự đóng lại đoạn AB bằng MC1 dòng vào bảo
vệ 1 là dòng tự khởi động của các động cơ I
kđ
. Dòng này được xác đònh:
I’
TK
= K’
mm
. I
lvmax
(2.3)
Trong đó dòng khởi động được tính: I
kđ
= K
at
. K’
mm
. I
lvmax

Dòng khởi động của BV1 được chọn bằng giá trò lớn hơn của (2.1) và (2.3).
Hệ số K’
mm
> K

mm
.
Ta thấy dòng khởi động của bảo vệ phụ thuộc vào K
tv
và I
lvmax
; muốn giảm
dòng khởi động để tăng độ nhạy người ta dùng rơle có hệ số trở về cao ( gần
bằng 1).
Khi xác đònh dòng làm việc cực đại cần tính đến trường hợp tăng lớn nhất
nhưng có thể xảy ra của dòng phụ tải khi xảy ra chế độ không bình thường
của mạng. Ví dụ đối với hai đường dây song song (H.2.3a), cần tính đến
trường hợp một đường dây được cắt ra và phụ tải tập trung trên đường dây còn
lại làm tăng gấp đôi. Khi có thiết bò tự đóng nguồn dự trữ, cần tính đến trường
hợp một đường dâynhận thêm tải của đường dây kia (H 2.3b).
2.1.2.2 Độ nhạy của bảo vệ.
Vùng tác động của bảo vệ gồm phần tử được bảo vệ (ví dụ đoạn AB của bảo
vệ 1 (H.2.1a) và của phần tử lân cận (các phần tử nối với trạm B…). Phần tử
a) b
AT
M
M
Hình 2.3 Các trường
hợp cần chú ý khi
tính I
lvmax
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
23

lân cận được bảo vệ thuộc vùng bảo vệ dự trữ. Độ nhạy được đánh giá bằng
hệ số nhạy:

kd
N
nh
I
I
K
min
=

với: I
Nmin
– dòng NM cực tiểu khi NM ở cuối vùng bảo vệ.
- Khi NM ở cuối phần tử được bảo vệ ( vùng chính) yêu cầu K
nh
> 1,5
- Khi NM tại cuối vùng dự trữ yêu cầu K
nh
> 1,2.
2.1.2.3 Thời gian tác động của bảo vệ.
a. Bậc thời gian.
Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian tác động của bảo vệ dòng cực đại được
chọn theo nguyên tắc bậc thang (H.2.1b). Độ chênh lệch giữa thời gian tác
động của bảo vệ kề nhau được gọi là bậc thời gian hay bậc chọn lọc: ∆t = t
1
-t
2

Giá trò của bậc thời gian ∆t được chọn sao cho khi NM tại N
3
, bảo vệ 1 không
kòp tác động mặc dù đã khởi động. Ta hãy xem xét giá trò ∆t phụ thuộc vào
yếu tố nào. Khi NM trên đoạn dâyBC BV1 làm việc trong khoảng thời gian
NM chạy qua:
t
N
+ t
BV
+ t
SS
+ t
MC

với: t
BV
là thời gian tác động của BV; t
ss
là sai số của các rơle thời gian
t
MC
là thời gian cắt của MC2.
Như vậy muốn BV1 không kòp tác động khi NM trong đoạn BC so với BV2 thì
thời gian tác động của nó phải:
t
1
> t
2
+ t

BV
+ t
MC
, ∆
t
= t
BV
+ t
SS
+ t
MC

Khi chọn ∆t phải phân biệt loại rơle có đặc tính thời gian độc lập hay phụ
thuộc .
b. Rơle dòngđiện có đặc tính thời gian độc lập.

Thời gian trì hoãn tác động của bảo vệ được tạo nên nhờ rơle thời gian và
không phụ thuộc vào dòng ngắn mạch, vì vậy bảo vệ này được gọi có đặc tính

t
kđ
I
kđ
1
2
3
I
N
t

Đặc tính phụ thuộc

Đặc tính phụ thuộc có giới hạn

Đặc tính đôïc lập

Hình 2.4 Đặc tuyến làm việc dòng điện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
24

thời gian độc lập. Đặc tuyến này của rơle dòng có dạng đường thẳng 1
(H.2.4), thời gain tác động khoảng 0.1s hay nhỏ hơn.

c) Rơle có đặc tuyến thời gian phụ thuộc.
Rơle làm việc với thời gian xác đònh nào đó khi dòng điện vượt quá giá trò
khởi động đặc tính này gọi là phụ thuộc, đường cong 3 và 2 (H.2.4). Rơle có
đặc tính phụ thụôc khởi động khi dòng vượt quá giá trò khởi động; thời gin tác
động của rơle phụ thuộc vào trò số dòng điện qua rơle. Thời gian làm việc
giảm khi dòng điện tăng cao.
Đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn nhỏ nhất (độ dốc chuẩn). Loại này
làm việc theo đặc tính dòng điện – thời gian phụ thuộc vào các giá trò của
dòng điện ngắn mạch nhỏ và đặc tính phụ thuộc có giới hạn khi dòng điện
ngắn mạch lớn. Nói cách khác, khi dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn 10 lần dòng
đònh mức thì rơle làm việc theo đặc tính phụ thuộc. Khi tỉ số dòng NM trên
dòng đònh mức 10 đến 20 lần thì đặc tính là đường thẳng, nghóa là đặc tính
thời gian giới hạn. Đường cong 1 (H.2.5) cho dạng đặc tính độ dốc chuẩn.
Loại đặc tính này được dùng rộng rãi để bảo vệ mạng phân phối.
Đặc tính thời gian rất dốc ( đường cong 2 (H.2.5)). Loại này cho độ dốc phụ
thuộc nhiều hơn loại độ dốc chuẩn đặc tính phụ thuộc của nó nằm giữa đặc

tính độ dốc chuẩn và loại cực dốc như đường cong 3 ở hình 2.5. Đặc tính phụ
thuộc nhiều có đặc tính chon lọc tốt hơn loại dốc chuẩn. Vì thế đặc tính này
được dùng khi đặc tính dốc chuẩn không đảm bảo tính chọn lọc.
Đặc tính thời gian cực dốc. Loại này cho đặc tính dốc nhiều hơn loại rất dốc
và dốc chuẩn như H.2.5. Đặc tính này thích hợp dùng để máy phát, máy biến
áp động lực, máy biến áp nối đất,cáp,… để chống quá nhiệt.
Đối với rơle có đặc tính thời gian độc lập bậc chọn lọc t thường được chọn từ
0,35 ÷ 0,6 s. Thời gian tác động bảo vệ với đặc tuyến độc lập được chọn theo
nguyên tắc bậc thang:
t
1
= t
2
+ ∆t (2.4)
Đối với rơle đặc tính phụ thuộc thường chọn ∆t = (0,3 ÷ 0,6)s; nếu dùng rơle
cảm ứng cần phải thêm thời gian quán tính của bảo vệ mà rơle tiếp tục làm
việc khi dòng NM đã được cắt ra nên người ta thường chọn:
∆t = (0,6 ÷ 1)s
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
25

Thời gian tác động của bảo vệ với đặc tính phụ thuộc hoặc phụ thuộc có giới
hạn cũng cần phải thoã mãn (2.4), nhưng vì thời gian tác động của rơle này
phụ thuộc vào dòng nên cần phải xác đònh giới hạn thay đổi dòng mà điều
kiện này cần được thoã mạn. Giả thiết trên đường dây (H.2.6a) được trang bò
bảo vệ với đặc tuyến phụ thuộc có giới hạn, cần chọn đặc tuyến phụ thuộc A
và phối hợp với đặc tuyến của bảo vệ B. Giả thuyết đặc tuyến của bảo vệ B
đã được chọn trước. Trong suốt vùng mà cả hai bảo vệ A và B cùng làm việc
(đường dây E H.2.6a), bảo vệ A cần có tác động lớn hơn bảo vệ B ít nhất là

∆t.
Giả thiết I
N2
là dòng NM đi qua bảo vệ A và B khi NM ở đầu đường dây B.
Rõ ràng là khi NM ở sau điển đó, dòng sẽ nhỏ hơn. Như vậy điều kiện (2.4)
cần được thoả với I
N2max
. Khi NM trên đường dây A, chỉ có bảo vệ A làm việc,
nên nó không cần phối hợp với B, mặc dù khi NM trên đường dâyA, dòng có
giá trò lớn, thời gian tác động của bảo vệ A có thể khá nhỏ. Từ những điều
kiện nêu trên có thể dẫn ra qui tắc chọn đặc tuyến phụ thụôc như sau:
- Vẽ đặc tuyến cho trước của bảo vệ B
1
= f(I) (H.2.6b). Đặc tuyến này được
xây dựng từ điều kiện phối hợp bảo vệ B với bảo vệ trước nó (bảo vệ của các
đường dây, hoặc phần tử đi ra từ trạm đặt ở cuối đường dây B)
- Xác đònh giá trò cực đại của dòng NM I
N2max
là dòng đi qua các bảo vệ A và
B khi NM tại đầu đường dây B (N
2
)
Hình 2.5
Các dạng
đặc tính
thời gian
phụ thuộc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
26

- Theo đặc tuyến cho trước của bảo vệ B ứng với giá trò I
N2max
tìm thời gian tác
động của bảo vệ B: t
B1
. Như vậy t
B1
là thời gian tác động của bảo vệ B khi
NM tại N
2

- Để đảm bảo yêu cầu chọn lọc, thời gian tác động của bảo vệ A khi NM tại
điểm N
2
phải thoả mãn điều kiện:
11 ΒΑ
≥ tt
+ ∆t (2.5)
Như vậy ta đã xác đònh được điểm A
1
trên H.2.6c đặc tuyến của boả vệ A.
Dựa vào đặc tuyến chuẩn cho trong tài liệu hướng dẫn của rơle, chọn một
đường cong trong họ đặc tuyến của rơle sao cho điều kiện (2.5) được thoả
mãn đối với mọi dòng I
N
≤ I
N2max
. Nếu bảo vệ cần phối hợp ở các của máy
biến áp thì cần phải xây dựng các đặc tuyến ứng với dòng đã qui đối về cùng

một cấp điện áp.
Ưu điểm của bảo vệ có đặc tuyến thời gian phụ thuộc là:
- Có thể phối hợp với thời gian làm việc của BV các đoạn gần nhau để làm
giảm thời gian cắt NM của các bảo vệ đặt gần nguồn.
- Có thể giảm hệ số mớ máy K
mm
khi chọn dòng điện khởi động của bảo vệ.
Điều này cắt nghóa như sau: sau khi cắt ngắn mạch, dòng điện mở máy qua
các đoạn còn lại sẽ giảm xuống rất nhanh và bảo vệ sẽ không kòp làm việc vì
giá trò của dòng điện mở máy nhỏ(thường bằng dòng điện khởi động và bảo
vệ), thời gian làm việc của bảo vệ tương đối lớn là:
Khuyết điểm của loại bảo vệ này là:
_Thời gian cắt NM tăng khi dòng điện NM có giá trò gần bằng dòng điện khởi
động
_ Đôi khi sự phối hợp các đặc tính thời gian tương đối phức tạp.
2.1.3 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 lớn hơn dòng điện ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt
bảo vệ khi ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ (cuối vùng bảo vệ của


Hình 2.6 Chọn thời gian tác động của BV có đặc tính thời gian phụ thuộc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN
GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang
27

phần tử được bảo vệ). Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện ngắn
mạch sẽ lớn hơn dòng điện khởi động và bảo vệ sẽ tác động. Bảo vệ dòng
điện cắt nhanh thường làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé.
2.1.3.1 BV cắt nhanh của đường dây có một nguồn cung cấp.

Xét ví dụ H.2.7. Dòng NM chạy trên đường dây:

NH
H
NH
H
N
xlx
E
xx
E
I
+
=
+
=
(2.6)
trong đó: E
H
là sức điện động tương đương của hệ thống; x là điện trở trên 1
km đường dây. x
H
, x
N
lần lượt là điện trở của hệ thống và đường dây tới chỗ
NM. l
N
là chiều dài đường dây tính từ đầu đến chỗ NM.
Đường cong biểu diễn quan hệ I

N
= f(I
N
) theo (2.6) được trình bày ở H.2.7b.
Múôn bảo vệ cắt nhanh, không tác động khi NM trên các phần tử đi ra từ trạm
B, cần chọn dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh:
I
kđ
> I
NB
(2.7)
Như vậy vùng bảo vệ của bảo vệ cắt nhanh chỉ bao gồm một phần chứ không
phải toàn bộ đường dây được bảo vệ (H.2.7b).
a)Dòng khởi động của bảo vệ.
Muốn bảo vệ không tác động khi NM ngoài đường dây bảo vệ AB, cần chọn
dòng khởi động phù hợp với (2.7): I
kđ
= K
at
.I
NBmax

trong đó: I
NBmax
là dòng điện NM lớn nhất tại cuối vùngbảo vệ (tại thanh cái
trạm B). K
at
= (1,2 ÷ 1,3) là hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán
dòng NM và sai số rơle.
Để có I

NBmax
cần phải chọn chế độ vận hành của hệ thống cũng như dạng NM
thích hợp (ngắn mạch 3 pha (N
3
)). Vì thời gian tác động của bản thân bảo vệ
Hình 2.7 Chọn I
kđ
của bảo vệ cắt nhanh
A
A
N

B
HT
a)
Vùng bảo vệ

I
N
I
NB
I
kđ
b)