xác định sự phân bố dòng điện khi ngắn mạch sau máy biến áp

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1

XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ DÒNG ĐIỆN KHI NGẮN MẠCH
SAU MÁY BIẾN ÁP
I. Mục tiêu
Sau khi thực hiện bài thí nghiệm này, sinh viên có khả năng:

1. Xác định hướng và độ lớn của vectơ dòng điện ngắn mạch pha phía sơ cấp
của máy biến áp hai cuộn dây khi xảy ra ngắn mạch ở phía còn lại.
2. So sánh độ nhạy của các kiểu sơ đồ bảo vệ đối với các dạng ngắn mạch.

II. Cách xác định vectơ dòng điện ngắn mạch
1. Xác định độ lớn của dòng điện ngắn mạch
Việc xác định độ lớn của dòng điện ngắn mạch có thể được
thực hiện thông qua các máy biến dòng điện (BI) và các
đồng hồ đo dòng điện.
IN – Dòng điện ngắn mạch cần đo.
IT – Dòng điện phía thứ cấp của BI.

IN
*
*

IT

A

Hình 1.1. Các xác định độ lớn của dòng điện ngắn mạch

2. Xác định hướng của dòng điện ngắn mạch
2.1. Biểu diễn vectơ trong hệ tọa độ

y

Hình a
120
y0

a

0

O

Vector dựng lại
x0


I

I1

C

o

Hình b

A

I1=Icosφ1
O

I2

B

A

φ1
I

x

Hình 1.2 Xác định vectơ khi biết
Hình 1.3 Xác định vectơ trên các trục
hình chiếu lên hai trục
A, B, C

Trong hệ tọa độ Đề các xOy như hình 1.2, vectơ a được xác định bởi hai hình chiếu trên

hai trục Ox, Oy là x0, y0. Nếu biết được x0, y0 ta hoàn toàn dựng lại được vectơ a .
Tương tự như vậy, trong hệ trục tọa độ OABC (có các trục lệch nhau 1200 trên cùng một

mặt phẳng), vectơ I cũng được xác định bởi các hình chiếu giả sử là a, b, c. Ta có thể
chứng minh được:

a bc 0



Do đó ta chỉ cần biết hai hình chiếu thì có thể suy ra hình chiếu còn lại. Vậy vectơ I có thể

được xác định thông qua một cặp hình chiếu. Giả sử cặp hình chiếu đó là I1 và I2 như hình
1.3 thì:



I2 = Icosφ2, φ2 là góc lệc giữa hai vectơ I và OB .

I1 = Icosφ1, φ1 là góc lệc giữa hai vectơ I và OA .


2.2. Xác định hướng của dòng điện bằng Oát mét
Nếu ta chọn hệ tọa độ điện áp Uab, Ubc, Uca như hệ trục OABC ở hình 1.3 với ba vectơ
Uab , Ubc , Uca có độ lớn cùng là U và lệch nhau 1200 trong không gian thì mối quan hệ
giữa các hình chiếu I1, I2 có thể được biểu diễn thông qua mối quan hệ giữa các giá trị công
suất là:

P1  UI cos 1

P2  UI cos  2
Giả thiết ta có Oát mét loại một pha. Sử dụng Oát mét này có thể nhanh chóng xác định
được các giá trị công suất trên. Nếu cuộn dòng của Oát mét nối vào mạch có dòng điện cần
xác định, còn cuộn áp được cấp các vectơ điện áp Uab, Ubc, Uca đối xứng nhau (bằng nhau
về độ lớn và lệch nhau 1200) thì số đo của Oát mét tương ứng là P1, P2, P3 và:

P1  P2  P3  0
Uab


U
ab

Icosφ1

1

P2  1,5

P3  3
I

P1  U ab I cos 1  UI cos 1

Ubc

Uca

P2  U bc I cos 2  UI cos 2

P1  4,5

P3  U ca I cos 3  UI cos 3 Hướng

của
vector I

Hình 1.4. Dựng lại vector dòng điện từ các giá trị công suất
Về phương diện lý thuyết, phương pháp trên có thể xác định cả độ lớn của vectơ I, nhưng
trong bài thí nghiệm này ta sẽ sử dụng Ampe mét để xác định độ lớn của I.

III. Mô hình thí nghiệm

1. Máy biến áp và các thiết bị đo
Ta sẽ sử dụng các đồng hồ đo dòng điện và các đông hồ đo công suất như hình 1.9

A

16

20

kW

12

5

1

4

0

0

Nút đầu vào

4
3

2

8

Nút đầu
ra

Ampe mét

Đầu vào và ra dòng

*I

A

IA IC IC

A B C Đầu vào và ra áp

Oát mét

Hình 1.5. Các thiết bị chính trên mặt đứng của bàn thí nghiệm


3 Ampe mét đo dòng nhỏ

OÁT MÉT

A

8

10

A

6

4

8

10

4

2

10

kW

6

4

2

0

8

A

6

2

2

0

1

0

0

*I

3 Ampe mét đo dòng lớn

A

A

16

20

A

12

8

16

20

A

12

8

4

16

IA IC IC

A B C
Aptomát

20

12

8

4

0

5

4
3

Nút đóng điện

4

0

0

Khoá ngắn mạch

Rơle thời gian

A

Rơle

B

C

O

Nguồn áp đưa vào OÁT MÉT
Nút tạo các dạng ngắn mạch

Các đầu ra của BI

K

Khoá tạo nối đất trung tính
cuộn dây máy biến áp
Nút tạo ngắn mạch với đất

Chốt ngắn mạch
( 3 tiếp điểm nối liền khi khoá ngắn mạch đóng)

Hình 1.6. Sơ đồ mặt bàn thí nghiệm
Tổ nối dây của máy biến áp điện lực là Y/-11.
Khóa ngắn mạch xoay theo chiều ngược của chiều kim đồng hồ. Khóa ngắn mạch nằm
ngang là ở trạng thái cắt. Khóa ngắn mạch thẳng đứng là ở trạng thái đóng.

2. Các sơ đồ nối BI
Để đưa các dòng điện ngắn mạch vào các cơ cấu đo lường, ta phải sử dụng các BI. Sơ đồ
nối các BI trên các pha với nhau sẽ ảnh hưởng đến vectơ dòng điện ngắn mạch và vì vậy
cũng sẽ ảnh hưởng đến độ nhạy của các bảo vệ. Có ba sơ đồ nối BI cơ bản là sơ đồ sao
hoàn toàn, sơ đồ sao thiếu và sơ đồ hiệu dòng pha (sơ đồ số 8).
Với các rơ le số hiện nay, sơ đồ nối của các BI được quy định thống nhất là sơ đồ sao hoàn
toàn. Tuy vậy để hiểu rõ sự ảnh hưởng của các sơ đồ nối BI đến tác động của các bảo vệ,
bài thí nghiệm này vẫn tiến hành với đủ ba loại sơ đồ nối trên.


2.1. Sơ đồ sao hoàn toàn

Sơ đồ nối các máy biến dòng điện và rơle theo hình sao hoàn toàn (Hình 1.7) cần ba máy
biến dòng điện và ba rơle, cho phép phản ứng với mọi loại ngắn mạch.
Ở chế độ đối xứng dòng điện trong dây chung ITT  Ia  I b  Ic  0 , còn trong chế độ
không đối xứng thì dòng trong dây chung ITT = 3I0, với I0 là thành phần thứ tự không của
các dòng điện trong các pha.
Nếu ta gọi ksđ là một hệ số biễu diễn quan hệ giữa độ lớn dòng điện đi vào rơ le và dòng
điện thứ cấp của BI thì: k sđ 

IA

IB
*
*

RI

IC
*

Ia

IR
.
IT
RI

RI

RI IA

*
*

Ib

IR

*
*

Ic

IT

*

IT

IR

ITT

Hình 1.7. Cách nối dây và biểu diễn các véc tơ dòng điện trong sơ đồ sao hoàn toàn.
trong đó:


IR: dòng điện chạy qua Rơle



IT: dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến dòng.

Trong sơ đồ sao hoàn toàn, dòng điện chạy qua các rơle cũng bằng dòng điện các pha
tương ứng nên ksđ = 1.

2.2. Sơ đồ sao khuyết
Sơ đồ sao khuyết dùng hai máy biến dòng điện và hai rơle, sơ đồ này phản ứng với mọi
loại ngắn mạch trừ ngắn mạch chạm đất ở pha không mắc BI. Sơ đồ này cho phép tiết kiệm
một BI so với sơ đồ sao hoàn toàn.
Trong sơ đồ này ksđ = 1 và I TT  I a  I c (giả sử pha B không mắc BI).
IB
*
Ia

*
*

RI

IC

RI

RI IA

*
Ic

IR

*
*
IT

*

IT

IR

Ing

Hình 1.8. Nối dây và biểu diễn các véc tơ dòng điện trong sơ đồ sao khuyết

2.3 Sơ đồ hiệu hai dòng pha
Trong sơ đồ này dòng điện chạy qua các rơle có dạng: IR  Ic  Ia .


 Ở chế độ đối xứng: I R  3Ia  3Ic  k sđ 

IR
3Ia

 3
IT
Ia

 Khi có ngắn mạch pha B thì sơ đồ không phản ứng.
 Khi ngắn mạch 2 pha A, C thì IR = 2Ia = 2Ic nên ksđ = 2.
 Khi ngắn mạch 2 pha A, B hay B, C thì ksđ = 1.

IA

IB

RI

IC

*

*
*

*
Ic

Ia

IR

I
a

I
a

I
a

IR

I
c

I
b

a

I
c

I
c

Chế độ đối xứng

I  I  I
R
c
a
 I

I  I  I
R
c
a

I
b

IR

 I

c

 I

c

 I

a

 I

a

I
a

Ngắn mạch pha B với đất

Ngắn mạch hai pha A, C

I
c

I
b

Ngắn mạch hai pha A,
B

Hình 1.9. Sơ đồ nối hiệu hai dòng pha và đồ thị véc tơ dòng điện tại vị trí đặt các BI khi
xảy ra ngắn mạch.
 Khi có ngắn mạch hai pha ksđ = 2.

Ngoài các sơ đồ nêu trên, đối với máy biến áp giảm áp trung tính nối đất trực tiếp ta còn có
thể sử dụng sơ đồ biểu diễn trên hình 1.10.
Sơ đồ này cũng sử dụng ba rơle và ba máy biến dòng điện nhưng khác với sơ đồ sao hoàn
toàn ở chỗ phía thứ cấp các máy biến dòng điện sẽ được đấu tam giác. Mục đích của việc
làm này là loại bỏ thành phần thứ tự không chạy qua rơle khi xảy ra ngắn mạch chạm đất
trong mạng.
IA

IB
*

*
*

RI

IC

RI

RI
I0Nguồn

*
*

I0BA

*

I0Σ

Mạng điện với máy biến áp hạ áp

Hình 1.10. Sơ đồ các BI đấu tam giác còn rơ le đấu sao
Xét ví dụ: Sơ đồ mạng điện với máy biến áp hạ áp.
Khi xảy ra ngắn mạch chạm đất bên nhánh 2 sẽ xuất hiện dòng điện thứ tự không chạy qua
biến dòng phía đấu Y0 của máy biến áp. Nếu phía thứ cấp biến dòng đấu sao thì thành phần
thứ tự không sẽ đi vào rơle và có thể làm cho rơle quá dòng bảo vệ máy biến áp tác động


sai.Việc sử dụng sơ đồ biến dòng như Hình 1.10 có thể khắc phục được việc rơle tác động
sai như trên.
Trên đây là bốn dạng sơ đồ đấu nối máy biến dòng thường gặp khi sử dụng rơle cơ điện.
Trong bài thí nghiệm này chúng ta sẽ khảo sát xem khi xảy ra sự cố tại một phía máy biến
áp thì rơle đặt tại phía còn lại sẽ nhận được dòng điện ngắn mạch như thế nào nếu sơ đồ
đấu nối giữa BI và rơle lần lượt là các dạng sơ đồ 1.7 ; 1.8 , 1.9.

IV. Nội dung thí nghiệm
1. Thí nghiệm với sơ đồ sao hoàn toàn
1.1. Đo dòng điện làm việc lớn nhất
1. Aptomat ở vị trí mở.
2. Khóa ngắn mạch ở vị trí cắt.

3. Nối các BI phía thứ cấp theo sơ đồ sao hoàn toàn như hình 1.7. Trong đó các RI
được thay bởi các Ampe mét đo dòng nhỏ ở hình 1.6.
4. Đóng Aptomat.
5. Đọc các số đo trên Ampe mét.
6. Cắt aptomat.
Dòng điện làm việc max của từng pha:
Ia = ...………. ; Ib = …………. ; Ic = ………….

1.2. Xác định độ lớn và hướng của dòng điện ngắn mạch
* Xác định độ lớn và hướng của dòng điện pha a trong tính trạng ngắn mạch ba pha sau
máy biến áp.
1. Nối các BI phía thứ cấp theo sơ đồ sao hoàn toàn như hình 1.7. Trong đó các RI
được thay bởi các Ampe mét đo dòng lớn ở hình 1.6.
2. Tạo dạng ngắn mạch ba pha phía sau máy biến áp.
3. Nối nối tiếp đầu vào dòng điện của đồng hồ công suất với đồng hồ Ampe ở pha a.
4. Đưa điện áp Uab vào đồng hồ đo công suất.
5. Đóng aptomat.
6. Đóng khóa ngắn mạch.
7. Đọc số chỉ của các đồng hồ Ampe và đồng hồ công suất.
8. Cắt khóa ngắn mạch.
9. Cắt aptomat.
Chú ý không được để ngắn mạch tồn tại quá lâu gây hư hỏng các thiết bị.
Số chỉ của các đồng hồ Ampe được ghi vào cột dòng điện ngắn mạch tương ứng ở bảng
1.1. Số chỉ của đồng hồ công suất ghi vào ô giá trị công suất tương ứng với điện áp cấp vào
đồng hồ là Uab, dòng điện cấp vào là Ia.
Nếu kim của đồng hồ công suất có chiều hướng chỉ âm, ta thực hiện tiếp các bước 8, 9. Sau
đó đảo cực tính điện áp ở bước 4 rồi thực hiện như trình tự đã nêu. Giá trị công suất được
ghi vào bảng lúc này là giá trị âm.
Tiếp tục đưa Ubc vào đầu vào điện áp của đồng hồ đo công suất với các bước thực hiện như
đã làm với Uab.

Ta không cần thiết phải thực hiện với Uca vì: P1 + P2 + P3 = 0.
Các trường hợp còn lại được tiến hành tương tự. Kết quả ghi vào bảng 1.1.

Dạng
ngắn
mạch

IW

Dòng ngắn mạch

Pha
ngắn
mạch
Ia

Ib

Ic

Vẽ đồ
thị véc
tơ

P1, 2, 3

UW
Ia

Ib

Ic


Uab
N(3)

ABC

Ubc
Uca
Uab

AB

Ubc
Uca
Uab

N(2)

BC

Ubc
Uca
Uab

CA

Ubc

Uca
Uab

A-Đ

Ubc
Uca
Uab

N(1)

B-Đ

Ubc
Uca
Uab

C-Đ

Ubc
Uca

Bảng 1.1 Số liệu kết quả thí nghiệm sơ đồ sao hoàn toàn
2. Thí nghiệm với sơ đồ sao khuyết
Sơ đồ nối BI như hình 1.8. Chú ý rằng BI ở pha B không được sử dụng nên ta phải nối tắt
đầu ra. Cách thực hiện tương tự như đã làm với sơ đồ sao hoàn toàn. Kết quả được ghi vào
bảng 1.2.
Dòng điện làm việc max: Ia = ...………. ; Ic = ………….
Dạng

Pha ngắn mạch

Dòng ngắn mạch

IW
UW

P1, 2, 3

Vẽ đồ thị


ngắn mạch

Ia

Ic

Ia

Ic

véc tơ

Uab
N(3)

ABC

Ubc

Uca
Uab

AB

Ubc
Uca
Uab

N(2)

BC

Ubc
Uca
Uab

CA

Ubc
Uca
Uab

A-Đ

Ubc
Uca
Uab

N(1)

B-Đ

Ubc
Uca
Uab

C-Đ

Ubc
Uca

Bảng 1-2 Số liệu kết quả thí nghiệm sơ đồ sao khuyết

3. Thí nghiệm với sơ đồ hiệu dòng pha
Sơ đồ nối BI như hình 1.9. Chú ý rằng BI ở pha B không được sử dụng nên ta phải nối tắt
đầu ra. Cách thực hiện tương tự như đã làm với sơ đồ sao hoàn toàn. Kết quả được ghi vào
bảng 1.3.
Dòng điện làm việc max IR= Ia –Ic = ...……….


Dạng
ngắn
mạch

Dòng ngắn mạch

Pha
ngắn
mạch

IW
UW

IR

P1, 2, 3
IR

Vẽ đồ
thị
véctơ

Uab
(3)

N

Ubc

ABC

Uca
Uab
Ubc

AB

Uca
Uab

N(2)

Ubc

BC

Uca
Uab
Ubc

CA

Uca
Uab
Ubc

A-Đ

Uca
Uab
N(1)

Ubc

B-Đ

Uca
Uab
Ubc

C-Đ

Uca
Bảng 1-3 Số liệu kết quả thí nghiệm sơ đồ hiệu dòng pha

V. Xử lý kết quả
1. Sơ đồ sao hoàn toàn
1.1. Đánh giá độ nhạy
Giả sử ta đặt bảo vệ quá dòng điện cho máy biến áp. Các rơ le sử dụng có các ngưỡng đặt
dòng điện khởi động là: 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 A.
Dòng điện khởi động sẽ được tính như sau:

I kđ tt  k sđ

k at k mm
Ilv max  …………………………………………..
k tv

Với kat = 1,2
kmm = 1,3
ktv = 0,85
Hệ số sơ đồ đối với sơ đồ sao hoàn toàn: ksđ = …………….
Dòng điện khởi động đặt vào rơ le (chọn lấy giá trị trong dải ngưỡng khởi động lớn hơn,
gần nhất so với Ikđtt): IkđR = ………………
Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất đọc được nhờ đồng hồ Ampe (đây cũng chính là dòng điện
( 3)
đi vào rơ le bảo vệ) trong bảng 1.1 khi ngắn mạch ba pha là I R min = ………………..


Độ nhạy của sơ đồ sao hoàn toàn khi ngắn mạch ba pha: k nh 

( 3)

I(R3)min
 ………………
I kđ

Bằng cách tương tự ta tính được:

k

( 2)
nh

)
I(R2min

 ………………
I kđ

k

(1)
nh

I(R1)min

 ………………
I kđ

Độ nhạy tương đối so với dạng ngắn mạch ba pha:

k ( 2) 

k (nh2)
 ………………
k (nh3)

k (1) 

k (nh1)
 ………………
k (nh3)

1.2. Biểu diễn hướng của vectơ dòng điện
Dựa theo các trị số công suất đã đo được ở bảng 1.1, ta biểu diễn hướng của các vectơ
dòng điện trên các hệ trục tọa độ điện áp.
Uab

Uab

Ubc

Ubc Uca

Uca

Hình 1.8. N(3)

Hình 1.9.c. N(2) CA

Hình 1.9.b. N(2) BC

Uab

Ubc

Uab

Ubc

Uca

Hình 1.10.a. N(1) A-Đ

Ubc

Uca

Hình 1.9.a. N(2) AB

Uab

Uca

Uab

Ubc

Uca

Hình 1.10.b. N(1) B-Đ


Uab

Ubc

Uca

Hình 1.10.c. N(1) C-Đ

2. Sơ đồ sao khuyết
2.1. Đánh giá độ nhạy
Dòng điện khởi động theo tính toán: I kđ tt  k sđ

k at k mm
Ilv max  ………………………
k tv

Với kat = 1,2
kmm = 1,3
ktv = 0,85
Hệ số sơ đồ đối với sơ đồ sao khuyết: ksđ = …………….
Dòng điện khởi động đặt vào rơ le IkđR = ………………

k

( 3)
nh

I(R3)min

 ………………
I kđ

k

( 2)
nh

)
I(R2min

 ………………
I kđ

k

(1)
nh

I(R1)min

 ………………
I kđ

Độ nhạy tương đối so với dạng ngắn mạch ba pha:

k

( 2)

k (nh2)
 (3)  ………………
k nh

k

(1)

k (nh1)
 (3)  ………………
k nh

2.2. Biểu diễn hướng của vectơ dòng điện
Dựa theo các trị số công suất đã đo được ở bảng 1.2, ta biểu diễn hướng của các vectơ
dòng điện trên các hệ trục tọa độ điện áp.

Uab

Uab

Ubc

Ubc Uca

Uca

Hình 1.12.a. N(3)

Uab

Hình 1.12.b. N(2) AB

Ubc

Uca

Hình 1.12.c. N(2) BC


Uab

Uab

Ubc

Uca

Uab

Ubc

Uca

Hình 1.12.d. N(2) CA

Hình 1.12.e. N(1) A-Đ

Ubc

Uca

Hình 1.12.f. N(1) B-Đ

Uab

Ubc

Uca

Hình 1.12.g. N(1) C-Đ

3. Sơ đồ hiệu dòng pha
3.1. Đánh giá độ nhạy
Dòng điện khởi động theo tính toán: I kđ tt  k sđ

k at k mm
Ilv max  ………………………
k tv

Với kat = 1,2
kmm = 1,3
ktv = 0,85
Hệ số sơ đồ đối với sơ đồ hiệu dòng pha (trong chế độ đối xứng): ksđ = …………….
Dòng điện khởi động đặt vào rơ le IkđR = ………………

k

( 3)

nh

k (nh2)

I(R3)min

 ………………
I kđ
I( 2)
 R min  ………………
I kđ

k (nh1) 

I(R1)min
 ………………
I kđ

Độ nhạy tương đối so với dạng ngắn mạch ba pha:

k (nh2)
k (nh1)
(1)
k  (3)  ………………
k  (3)  ………………
k nh
k nh
3.2. Biểu diễn hướng của vectơ dòng điện
( 2)

Dựa theo các trị số công suất đã đo được ở bảng 1.3, ta biểu diễn hướng của các vectơ
dòng điện trên các hệ trục tọa độ điện áp.


Uab

Uab

Ubc

Ubc Uca

Uca

Hình 1.13.a. N(3)

Ubc

Uca

Hình 1.13.c. N(2) BC

Hình 1.13.b. N(2) AB

Uab

Uab

Ubc

Uca

Uab

Ubc

Uca

Hình 1.13.d. N(2) CA

Uab

Hình 1.13.e. N(1) A-Đ

Ubc

Uca

Hình 1.13.f. N(1) B-Đ

Uab

Ubc

Uca

Hình 1.13.g. N(1) C-Đ

VI. Một số câu hỏi kiểm tra
1. Ý nghĩa của hệ số Ksđ trong công thức tính dòng điện khởi động của rơle

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Vectơ dòng khi ngắn mạch ba pha sẽ thay đổi như thế nào nếu chiều dương quy ước của
pha A hướng từ chỗ ngắn mạch đến nguồn?
.................................................................................................................................................


.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Có thể dùng áp từ nguồn không đồng bộ với dòng đang nghiên cứu đưa vào OÁT mét
không?
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Có được lấy áp dư gần chỗ ngắn mạch đưa vào OÁT mét để xây dựng các vectơ dòng
không?
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
5. Tại sao sơ đồ hiệu dòng pha không thể dùng để bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha sau
máy biến áp nối Y/Δ ?
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
6. Sơ đồ như thế nào để rơle không phản ứng theo dòng thứ tự không?
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2

PHỐI HỢP SỰ LÀM VIỆC GIỮA CÁC BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN
CÓ ĐẶC TUYẾN THỜI GIAN PHỤ THUỘC TRONG MẠNG ĐIỆN
HÌNH TIA CÓ MỘT NGUỒN CUNG CẤP
I. Mục tiêu
Sau khi thực hiện bài thí nghiệm này, sinh viên có khả năng:
1. Tính toán, cài đặt dòng điện khởi động cho các bảo vệ quá dòng điện.
2. Tính toán, phối hợp thời gian làm việc cho các bảo vệ quá dòng điện đặc tính phụ
thuộc trong mạng điện hình tia một nguồn cung cấp.
3. Kiểm tra sự chính xác của các bảo vệ đã cài đặt.

II. Giới thiệu về rơ le dòng điện GL – 11.
Rơ le GL – 11 là rơ le cơ điện do Trung Quốc sản xuất, làm việc theo nguyên lý cảm ứng.


Đường cong mẫu

Chỉnh định thời
gian đặt

Vị trí chỉnh định
dòng khởi động

0,5
1
2
3
4

Đĩa quay

Chốt
chỉnh định

2
2,5
3
3,5
4
4,5
5

Hình 2-1 Mặt trước của rơle GL-11

1. Đặt dòng điện khởi động
Dòng điện khởi động của rơ le được đặt bằng các chốt chỉnh định. Có bảy vị trí của chốt
ứng với bảy giá trị của dòng điện khởi động: 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 A.

2. Chỉnh định thời gian đặt cho rơ le
2.1. Đặc tính quá dòng điện cắt nhanh
Chức năng này được cài đặt bằng cách xoay vị trí của núm điều chỉnh sang vị trí cắt nhanh.

2.2. Đặc tính quá dòng điện phụ thuộc
Đặc tính tác động của rơ le biểu diễn quan hệ giữa thời gian làm việc của rơ le và bội số
của dòng điện ngắn mạch so với dòng điện khởi động: m = IN/Ikđ, trong đó IN là dòng điện
ngắn mạch đi qua rơ le, Ikđ là dòng điện khởi động cài đặt cho rơ le. Đặc tính này có dạng
như hình 2.2.
Từ giá trị m = 10 trở đi, đặc tính có dạng độc lập (không phụ thuộc vào m). Đường cong
tác động được cài đặt thông qua giá trị tđặt. Đây là thời gian cắt của rơ le khi m  10 . Giá

trị này được đặt vào thang chỉnh định thời gian đặt của rơ le.
Trên mặt của rơ le đã có sẵn hai đường cong chuẩn, như hình vẽ 2.2, ứng với tđặt = 4 giây
(đường phía trên) và tđặt = 0,5 giây (đường phía dưới).


tcắt, giây

10
9
8
7
6
5
4
3

tđặt = 4 giây

2
1
0
1

3

2

4

5

6

7

8

tđặt = 0,5 giây
I
m= N
15
IkdR

9 10

Hình 2-2. Đường cong mẫu của rơle GL-11
Nếu 0,5  t đăt  4 thì đường cong tác động sẽ nằm giữa hai đường cong chuẩn và xác định
theo nguyên tắc:
“ Một điểm bất kỳ trên đường cong ứng với tđặt ≠ 0,5; 4 đều tạo ra các đoạn thẳng
AB
AiBi và AiCi đảm bảo: i i  n  const ”
AiCi
s

s

10

bi
ai

ci

Bi
Ai
Ci

Bi

6,5

4s

4s

5

tđặt
0,5s

m

Ai

2,5
0,9
0

1,5s

Ci

3,5

1

0,5 s
5

10

m

IN
I kđ R

Hình 2.3 Nguyên tắc xác định đường cong đặc tính tác động
Ví dụ cài đặt
Bài toán thuận: Với giá trị tđặt = 1,5 giây và Ikđ = 4 A thì rơ le sẽ làm việc trong
khoảng thời gian bao lâu để phát tín hiệu cắt dòng điện IN = 14 A?

4  t đăt
4  1,5

 2,5 .
t đăt  0,5 1,5  0,5
14
  3,5 .
4

Trả lời. Vì tđặt = 1,5 giây nên tại m = 10 ta có tỷ số: n 
Bội số dòng ngắn mạch ứng với IN = 14 A là: m 

IN
I kđ

Giả sử thời gian làm việc của rơ le ứng với IN = 14 A là t thì tại m = 3,5 ta có:
a=t
b = 6,5
c = 0,9


Theo nguyên tắc xác định đường cong ở trên, ta có: n 

AB
6,5 - t
hay
 2,5  t  2,5
AC
t - 0,9

giây.
Vậy rơ le sẽ làm việc trong 2,5 giây để phát tín hiệu cắt đối với dòng điện IN = 14 A.
Bài toán nghịch: Với giá trị Ikđ = 4 A và thời gian yêu cầu để rơ le phát tín hiệu
cắt dòng điện IN = 14 A là 2,5 giây thì cần đặt tđặt = ?
Trả lời.
Bội số dòng ngắn mạch ứng với IN = 14 A là: m 

I N 14
  3,5 .
I kđ 4

Theo yêu cầu về thời gian cắt ta có: a = 2,5 giây. Tương ứng với giá trị m = 3,5 ta có b =
AB 6,5  2,5
6,5 và c = 0,9. Vậy tỷ số đặc trưng của đường cong tác động là: n 

 2,5 .
AC 2,5  0,9
Gọi thời gian đặt vào rơ le là tđặt thì tại m = 10 ta có:

4  t đăt
 n  2,5  t đat  1,5 giây
t đăt  0,5

Vậy cần đặt giá trị t đặt = 1,5 giây vào rơ le để thỏa mãn yêu cầu đề ra.
III. Mô hình thí nghiệm
1. Mô hình đường dây thực
Mô hình sử dụng trong bài thí nghiệm này mô tả đường dây hình tia một nguồn cung cấp
gồm ba phân đoạn như hình vẽ 2.4.

A

~

tnhA

1MC

B

tnhB

2MC

I>

I>
2BV

t1

tnhB

D tnhD

I>

a1

3BV

t2
Δt

t’2

tnhC

3MC

1BV

t, giây

C

a2
Δt

t’3
tnhC

t3

a3
Δt
tnhD

(km)
Hình 2.4. Mô hình đường dây thí nghiệm
Trong đó:
 Các thanh cái A, B, C, D đều có phụ tải nhánh, thời gian cắt của các bảo vệ ở phụ
tải nhánh B, C, D lần lượt là tnhB, tnhC, tnhD.
 Ở đầu mỗi phân đoạn AB, BC, CD đặt các bảo vệ quá dòng điện 1BV, 2BV, 3BV.
Vùng bảo vệ chính của 1BV là toàn bộ đoạn đường dây từ thanh cái A đến thanh cái B,
vùng bảo vệ dự phòng là các đường dây từ thanh cái B trở đi.
Vùng bảo vệ chính của 2BV là toàn bộ đoạn đường dây từ thanh cái B đến thanh cái C,
vùng bảo vệ dự phòng là các đường dây từ thanh cái C trở đi.
Vùng bảo vệ chính của 3BV là toàn bộ đoạn đường dây từ thanh cái C đến thanh cái D,
vùng bảo vệ dự phòng là các đường dây từ thanh cái D trở đi.
Đặc tính cắt của các bảo vệ cũng đã được biểu diễn trên hình 2.4.

2. Cài đặt cho các bảo vệ
2.1. Cài đặt dòng điện khởi động
Dòng điện khởi động của các bảo vệ được tính theo công thức:

Ikđ tt 

k at k mm
Ilv max
k tv

Trong đó:
 kat = 1,2 – hệ số an toàn
 kmm = 1,5 – hệ số mở máy của phụ tải động cơ
 ktv = 0,85 – hệ số trở về của rơ le
 Ilvmax – dòng điện làm việc lớn nhất đi qua bảo vệ của các đoạn đường dây mà bảo
vệ làm nhiệm vụ bảo vệ chính.
Sau khi tính được giá trị Ikđtt ta đối chiếu với các giá trị có thể cài đặt trên rơ le như trong
mục II.1. để chọn lấy giá trị lớn hơn gần nhất làm IkđR cài đặt vào rơ le.

2.2. Cài đặt thời gian tác động
Để cài đặt thời gian tác động của các bảo vệ, ta cần biết một số thông số sau nhằm giải bài
toán nghịch như ví dụ trong mục II.2.2.2:
 Giá trị dòng điện khởi động đặt vào rơ le: IkđR, A.
 Dòng điện ngắn mạch đi qua bảo vệ khi ngắn mạch ở cuối phân đoạn bảo vệ.
 Thời gian cắt yêu cầu cảu bảo vệ khi ngắn mạch ở cuối phân đoạn bảo vệ.
Với 3BV:
Thời gian cắt khi ngắn mạch ở cuối phân đoạn CD (ngắn mạch ở thanh cái D) là:

t 3BVD  maxt nhD   t

Với tnhD – thời gian cắt của các bảo vệ trên thanh góp D.
Δt = 0,5 giây – độ phân cấp thời gian giữa các bảo vệ.
Với 2BV:
Thời gian cắt khi ngắn mạch ở cuối phân đoạn BC (ngắn mạch ở thanh cái C) là:

t 2 BVC  maxt nhC ; t 3BVC   t

Với:

tnhC – thời gian cắt của các bảo vệ trên thanh góp C.
Δt = 0,5 giây – độ phân cấp thời gian giữa các bảo vệ.
t3BVC – thời gian cắt của 3BV khi ngắn mạch sát vị trí đặt 3BV (coi như ngắn mạch
trên thanh cái C). Để tính được t3BVC ta phải giải bài toán thuận như ví dụ trong
mục II.2.2.2 với chú ý rằng dòng ngắn mạch đi qua 3BV khi ngắn mạch sát vị trí
đặt 3BV cũng bằng dòng ngắn mạch đi qua 2BV khi ngắn mạch trên thanh góp C.
Với 1BV:
Thời gian cắt khi ngắn mạch ở cuối phân đoạn AB (ngắn mạch ở thanh cái B) là:

t 1BVB  maxt nhB ; t 2 BVB   t

Với:

tnhB – thời gian cắt của các bảo vệ trên thanh góp B.
Δt = 0,5 giây – độ phân cấp thời gian giữa các bảo vệ.
t2BVB – thời gian cắt của 2BV khi ngắn mạch sát vị trí đặt 2BV (coi như ngắn mạch
trên thanh cái B). Để tính được t2BVB ta phải giải bài toán thuận như ví dụ trong
mục II.2.2.2 với chú ý rằng dòng ngắn mạch đi qua 2BV khi ngắn mạch sát vị trí
đặt 2BV cũng bằng dòng ngắn mạch đi qua 1BV khi ngắn mạch trên thanh góp B.

3. Mô hình thí nghiệm
A1

T

A

2

1

Reset

C

AP1

A

A2
20

A

0

A

A3

A

20

0

A

20
10

0

CM2

A6
2

1

10
0

CM1

A5
1

10

0

Khóa T
Đ

A4

0

CM3

AP2
1RI (GL11)
On
Off

CM4

2RI (GL11)

3RI (GL11)

CM5

CM6

Đ
C

Khóa phụ tải

Đ

C

Máy biến áp tự ngẫu

Khóa ngắn mạch

Hình 2-5 Mặt thẳng đứng của bàn thí nghiệm
K-0

Điểm nối đất

Điểm tạo
ngắn
mạch
Nguồn

~

1
B

K-1

A1,4 1PT

2
B

K-2

3
B

A2,5 2PT

K-3

K-4

A3,6 3PT

Các đèn tín hiệu

Phụ tải

Hình 2-6 Mặt nghiêng bàn thí nghiệm
Trong đó:
1B, 2B, 3B: các công tắc điều khiển trạng thái máy cắt. Bật công tắc về phía phải là đóng
máy cắt, bật công tắc về phía trái là mở máy cắt.
Các đèn tín hiệu: đèn đỏ sáng khi máy cắt tương ứng đang đóng, đèn xanh sáng khi máy
cắt tương ứng đang mở.
K-0, K-1, K-2, K-3, K-4: các vị trí tạo ngắn mạch. K-0 là điểm nối đất.
A1, A2, A3: Các Ampemét để đo dòng điện phụ tải, có phạm vi đo cho phép 0 ÷ 2 A.
A4, A5, A6: Các Ampemét để đo dòng điện ngắn mạch, có phạm vi đo cho phép 0 ÷ 20 A.
CM1, CM2, CM3: Các chuyển mạch đặt ngay dưới các Ampemét. Chuyển mạch ở vị trí
phía trái là ta đang dùng Ampemét đo dòng điện phụ tải, ở phía phải là ta đang dùng
Ampemét đo dòng điện ngắn mạch.
T: Đồng hồ đo thời gian dùng để đo thời gian tác động của bảo vệ. Kim đồng hồ quay hết 1

vòng tương đương với thời gian 1s. Bên dưới đồng hồ có một cần Reset giúp ta đưa kim
trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho lần đo tiếp theo.
AP1: Aptômát dùng để cấp nguồn cho đường dây và các đèn tín hiệu trên mặt nghiêng bàn
thí nghiệm.
AP2: Aptômát đưa điện vào điều khiển máy cắt hoặc báo tín hiệu.
1RI, 2RI, 3RI: các rơle quá dòng tương ứng của 1BV, 2BV, 3BV trên các đoạn đường dây
tương ứng. Ở đây dùng loại GL-11 do Trung Quốc sản xuất.
CM4, CM5, CM6: Các chuyển mạch tương ứng với mỗi bảo vệ, cho phép máy cắt làm
việc hoặc không làm việc.
Máy biến áp tự ngẫu: dùng để đặt dòng điện làm việc của mạng.
Khoá phụ tải: dùng để đóng phụ tải vào mạng.
Khoá ngắn mạch: dùng để tạo ngắn mạch.
Khóa T: khóa đồng hồ thời gian.

IV. Nội dung thí nghiệm
1. Đo dòng phụ tải lớn nhất qua các bảo vệ
1.1. Kiểm tra
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Khóa T ở vị trí cắt.
CM1, CM2, CM3 ở vị trí trái (sử dụng A1, A2, A3).
CM4, CM5, CM6 ở vị trí phải (khóa máy cắt tác động).

Khóa phụ tải ở vị trí cắt.
Khóa ngắn mạch ở vị trí cắt.
Máy biến áp tự ngẫu ở vị trí điều chỉnh 0.
Các máy cắt trên mặt nghiêng bàn thí nghiệm ở vị trí đóng.

1.2. Trình tự đo
Đóng AP1.
Đóng AP2.
Đóng khóa phụ tải.
Thay đổi vị trí điều chỉnh của máy biến áp tự ngẫu đến vị trí mà ta coi đó là vị trí
cho dòng điện làm việc lớn nhất.
5. Đọc số chỉ trên A1 tra có dòng điện làm việc lớn nhất của đoạn AB.
6. Đọc số chỉ trên A2 tra có dòng điện làm việc lớn nhất của đoạn BC.
7. Đọc số chỉ trên A3 tra có dòng điện làm việc lớn nhất của đoạn CD.
8. Cắt AP2.
9. Cắt AP1.
Các kết quả đo được ghi vào bảng 2.1.
1.
2.
3.
4.

2. Đo dòng điện ngắn mạch đi qua các bảo vệ
Đưa CM1, CM2, CM3 sang vị trí phải (sử dụng A4, A5, A6).
Các kết quả đo dòng điện ngắn mạch được ghi trong bảng 2.1.

2.1. Đo dòng điện ngắn mạch đi qua 3BV
1.
2.
3.

4.
5.
6.

Nối K3 với K0.
Đóng AP1.
Đóng AP2.
Đóng khóa ngắn mạch.
Đọc số chỉ trên A6 được dòng điện ngắn mạch đi qua 3BV.
Cắt khóa ngắn mạch.


7. Cắt AP2.
8. Cắt AP1.
9. Tháo dây nối K3 với K0.
Chú ý rằng phải đọc nhanh số chỉ trên A6 rồi cắt ngay khóa ngắn mạch để tránh hư hỏng
thiết bị.

2.2. Đo dòng điện ngắn mạch qua 2BV
1. Nối K2 với K0.
2. Đóng AP1.
3. Đóng AP2.
4. Đóng khóa ngắn mạch.
5. Đọc số chỉ trên A5 được dòng điện ngắn mạch đi qua 2BV.
6. Cắt khóa ngắn mạch.
7. Cắt AP2.
8. Cắt AP1.
9. Tháo dây nối K2 với K0.
Chú ý rằng phải đọc nhanh số chỉ trên A5 rồi cắt ngay khóa ngắn mạch để tránh hư hỏng
thiết bị.

2.3. Đo dòng điện ngắn mạch qua 1BV
1. Nối K1 với K0.
2. Đóng AP1.
3. Đóng AP2.
4. Đóng khóa ngắn mạch.
5. Đọc số chỉ trên A4 được dòng điện ngắn mạch đi qua 1BV.
6. Cắt khóa ngắn mạch.
7. Cắt AP2.
8. Cắt AP1.
9. Tháo dây nối K1 với K0.
Chú ý rằng phải đọc nhanh số chỉ trên A4 rồi cắt ngay khóa ngắn mạch để tránh hư hỏng
thiết bị.

3. Cài đặt cho các bảo vệ
3.1. Cài đặt dòng điện khởi động
Đối với 3BV:

Ikđ tt 

k at k mm
Ilv max CD  …………………….......................................................................
k tv

IkđR = ………………………………………………………………………………………..
Đối với 2BV:

Ikđ tt 

k at k mm

Ilv max BC  …………………….......................................................................
k tv

IkđR = ………………………………………………………………………………………..
Đối với 1BV:

Ikđ tt 

k at k mm
Ilv max AB  …………………….......................................................................
k tv

IkđR = ………………………………………………………………………………………..

3.2. Cài đặt thời gian tác động
Đối với 3BV:
Số liệu cho trước: maxt nhD  ....................giây ; Δt = ………………..giây


Khi ngắn mạch tại D: m3D 

I ND
I kđ 3BV

 ………………………………………………………

Gióng lên hai đường cong chuẩn ta có: b = ……………….; c = ………………….
Thời gian cắt yêu cầu khi ngắn mạch tại D: t 3BVD  maxt nhD  t  ………………giây
Từ đó a = t3BVD = ……………………
AB

 ……………………….
Tỷ số đặc trưng của đường cong tác động của 3BV là: n 3 
AC
Gọi thời gian đặt của 3BV là tđặt.
Tại m = 10 ta có:

4  t đăt
 n 3  ...........  t đăt 3BV  ........................giây
t đăt  0,5

Đối với 2BV:
Số liệu cho trước: maxt nhC  ....................giây ; Δt = ………………..giây
* Tính thời gian tác động của 3BV khi ngắn mạch sát vị trí đặt của 3BV (coi nh ư
ngắn mạch trên thanh cái C).
Dòng ngắn mạch đi qua 3BV: I NC = ……………….A
Bội số dòng ngắn mạch: m3C 

I NC
I kđ 3BV

b  ...............
 ....................  
c  ...............

Gọi thời gian cắt này là t 3BVC . Tại m 3C ta có phương trình:

AB b  t 3BVC

 .........................  n 3  ............... t 3BVC  ....................giây.
AC t 3BVC  c

* Tính thời gian tác động của 2BV khi ngắn mạch trên thanh cái C.
Khi ngắn mạch tại C: m2C 

I NC
Ikđ 2BV

 ……………………………………………

Gióng lên hai đường cong chuẩn ta có: b = ……………….; c = ………………….
Thời gian cắt yêu cầu khi ngắn mạch tại C:
t 2 BVC  maxt nhC; t 3BVC   t  …………….………………giây
Từ đó a = t2BVC = ……………………
AB
 ……………………….
Tỷ số đặc trưng của đường cong tác động của 2BV là: n 2 
AC
Gọi thời gian đặt của 2BV là tđặt.
Tại m = 10 ta có:

4  t đăt
 n 2  ...........  t đăt 2BV  ........................ giây
t đăt  0,5

Đối với 1BV:
Số liệu cho trước: maxt nhB  ....................giây ; Δt = ………………..giây
* Tính thời gian tác động của 2BV khi ngắn mạch sát vị trí đặt của 2BV (coi như
ngắn mạch trên thanh cái B).
Dòng ngắn mạch đi qua 2BV: I NB = ……………….A

Bội số dòng ngắn mạch: m 2 B 

I NB
I kđ 2BV

b  ...............
 ....................  
c  ...............

Gọi thời gian cắt này là t 2BVB . Tại m 2B ta có phương trình:

AB b  t 2BVB

 .........................  n 2  ............... t 2BVB  ....................giây.
AC t 2BVB  c
* Tính thời gian tác động của 1BV khi ngắn mạch trên thanh cái B.
Khi ngắn mạch tại B: m1B 

I NB
I kđ1BV

 ……………………………………………

Gióng lên hai đường cong chuẩn ta có: b = ……………….; c = ………………….
Thời gian cắt yêu cầu khi ngắn mạch tại B:
t1BVB  maxt nhB; t 2 BVB   t  …………….………………giây
Từ đó a = t1BVB = ……………………
AB
 ……………………….
Tỷ số đặc trưng của đường cong tác động của 1BV là: n1 

AC
Gọi thời gian đặt của 1BV là tđặt.
Tại m = 10 ta có:

4  t đăt
 n1  ...........  t đăt1BV  ........................giây
t đăt  0,5

Tổng kết các kết quả tính toán trong bảng 2.1.
Giá trị

Đoạn AB Đoạn BC Đoạn CD

Dòng làm việc max Ilvmax, A
Dòng khởi động tính toán Ikđtt, A
Dòng khởi động cài đặt trên rơle IkđR, A
Dòng ngắn mạch tại cuối đường dây IN, A
Thời gian cắt khi ngắn mạch cuối đường dây, (s)
Thời gian đặt tính toán tđtt (s)
Bảng 2.1

4. Kiểm tra hoạt động của các bảo vệ
Dùng vít điều chỉnh để khóa chức năng cắt nhanh trên mỗi rơ le. Đặt dòng điện khởi động
và thời gian tác động như đã tính toán trong bảng 2.1.
Kiểm tra theo trình tự sau:
1. Khóa T ở vị trí đóng.
2. Kim đồng hồ thời gian ở vị trí không.
3. CM1, CM2, CM3 ở vị trí phải.
4. CM4, CM5, CM6 ở vị trí trái.
5. Khóa phụ tải ở vị trí đóng.

6. Khóa ngắn mạch ở vị trí cắt.


7. Máy biến áp tự ngẫu ở vị trí điều chỉnh dòng điện làm việc max.
8. Các máy cắt đang ở vị trí đóng.
9. AP1, AP2 ở vị trí mở.
1.Kiểm tra 3BV:
1. Nối K3 với K0.
2. Đóng AP1.
3. Đóng AP2.
4. Đóng khóa ngắn mạch.
5. Quan sát đồng hồ thời gian. Nếu kim đồng hồ quay số vòng tướng ứng với thời
gian cắt mong muốn khi ngắn mạch cuối đường dây thì việc cài đặt là chính xác.
Nếu không, chỉnh lại giá trị tđặt một chút rồi lại kiểm tra theo trình tự như trên.
6. Ghi lại trị số tđặt sau khi kiểm tra vào bảng 2.2.
7. Cắt khóa ngắn mạch.
8. Đưa kim đồng hồ thời gian về vị trí 0.
9. Cắt AP2.
10. Cắt AP1.
2. Kiểm tra 2BV:
1. Nối K2 với K0.
2. Đóng AP1.
3. Đóng AP2.
4. Đóng khóa ngắn mạch.
5. Quan sát đồng hồ thời gian. Nếu kim đồng hồ quay số vòng tướng ứng với thời
gian cắt mong muốn khi ngắn mạch cuối đường dây thì việc cài đặt là chính xác.
Nếu không, chỉnh lại giá trị tđặt một chút rồi lại kiểm tra theo trình tự như trên.
6. Ghi lại trị số tđặt sau khi kiểm tra vào bảng 2.2.
7. Cắt khóa ngắn mạch.
8. Đưa kim đồng hồ thời gian về vị trí 0.

9. Cắt AP2.
10. Cắt AP1.
3. Kiểm tra 1BV:
1. Nối K1 với K0.
2. Đóng AP1.
3. Đóng AP2.
4. Đóng khóa ngắn mạch.
5. Quan sát đồng hồ thời gian. Nếu kim đồng hồ quay số vòng tướng ứng với thời
gian cắt mong muốn khi ngắn mạch cuối đường dây thì việc cài đặt là chính xác.
Nếu không, chỉnh lại giá trị tđặt một chút rồi lại kiểm tra theo trình tự như trên.
6. Ghi lại trị số tđặt sau khi kiểm tra vào bảng 2.2.
7. Cắt khóa ngắn mạch.
8. Đưa kim đồng hồ thời gian về vị trí 0.
9. Cắt AP2.
10. Cắt AP1.