Chương 7 bảo vệ so lệch n

1

Chương

7

BẢO VỆ SO LỆCH
7.1 NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN
Theo đònh luật Kirchoff, tổng vectơ của tất cả dòng điện ra vào các nhánh của đối tượng
BV bằng không, ngoại trừ trường hợp có NM bên trong đối tượng BV này. Do đó, nếu tất cả thứ
cấp của MBI các nhánh của đối tượng BV được ghép song song với nhau với một rơle dòng điện
thì sẽ không có dòng điện chạy trong rơle trừ khi có NM bên trong đối tượng BV.
Bảo vệ dựa vào nguyên tắc trên gọi là bảo vệ so lệch (BVSL) dọc (H.7.1), có tính chọn
lọc tuyệt đối, phân biệt được NM trong và ngoài đối tượng BV và như thế cho phép cắt sự cố của
phần tử được BV nhanh chóng. Nói cách khác, BVSL làm việc dựa trên sự so sánh trực tiếp các
dòng điện trên các nhánh của đối tượng BV. Đối với đường dây làm việc song song, người ta dùng
so lệch ngang so sánh dòng chạy trên các nhánh song song. Để thực hiện BVSL dọc người ta có
thể dùng loại sơ đồ dòng tuần hoàn hay sơ đồ cân bằng áp.

b)

a)

Hình 7.1 Nguyên tắc cơ bản của bảo vệ so lệch dọc

7.1.1 Sơ đồ dòng tuần hoàn
Để dễ hiểu ta quan sát ví dụï đối tượng BV có hai nhánh (đường dây, MF...) (H.7.2).
II

III

I

III

Hình 7.2 Sơ đồ so lệch dòng tuần hoàn

Các cuộn thứ cấp được nối song song sao cho khi NM ngoài, sđđ thứ cấp các MBI trong
mạch vòng hướng nối tiếp nhau và dòng trong dây nối có cùng hướng (nếu đặt các BI cùng một
quy ước cực tính thì các đầu cực thứ cấp BI gần đối tượng BV ghép nối chung với nhau và các đầu
Đối tượng bảo
cực vệ
kia ghép nối chung với nhau). Rơle so lệch cũng nối song song với cuộn thứ BI. Dòng vào rơle
ITII

ITI
ITI

ITII

ITI

ITII

I NIII= I + I
ITI

ITII


I& R

=

I&TI +

. Khi NM ngoài vùng BV (giới hạn bởi các BI) trong chế độ bình thường

I&TII

I&T = −I&TII . Dòng
I
thứ

I&TI
và

I&TI đi qua rơle đối chiều nhau
I

I& R = I& T + I& T =
I
0;
II

I& R =

+

Trong điều kiện nI = nII = n và BI làm việc không có sai số, ta có
I&

=
−I&

TI

và IR = 0 và
TII

rơle không tác động. Khi có dao động cũng có sự phân bố tương tự. Như vậy, BVSL về nguyên tắc
không phản ứng theo NM ngoài, dòng phụ tải và dao động, vì vậy có thể thực hiện tác động tức
thời và dòng khởi động của nó không cần chọn theo điều kiện lớn hơn dòng phụ tải và dao động.
Khi NM trong vùng BV (H.7.2b) các dòng sơ cấp II và III đều có hướng từ thanh góp của
trạm tới chỗ NM.
I =I 0= 0

Dòng trong rơle
I&T + I&TII =
&
I
= I

Đối
tượng
bảo
vệ
Đối
tượng
bảo
vệ R

+

IN

=

&I

&I

TI

R

≠

&I

0
n

trong đó: IR - làm BV tác động
IN - dòng NM tổng tại chỗ NM.
Trên hình 7.3, đồ thò vectơ đơn giản
của dòng điện thứ cấp của MBI và dòng điện
đi vào rơle trong sơ đồ BVSL ở tình trạng làm
việc bình thường hoặc NM ngoài (a) và khi NM
trong vùng BV (b).

TI

&I

TII

&I

TII

b)

a)

Hình 7.3 Đồ thò vectơ của
dòng điện trong mạch
bảo vệ so lệch

7.1.2 Sơ đồ loại cân bằng áp
Các cuộn thứ cấp của BI được nối sao cho khi NM ngoài và làm việc bình thường, sđđ của
chúng ngược chiều nhau trong mạch. Rơle được mắc nối tiếp trong mạch dây dẫn phụ.
- Khi NM ngoài, cũng như khi có dòng phụ tải chạy qua các sđđ E& và E&
TI

ví dụ I&
I
=

bằng nhau,

TII

I& I và nI = nII nên
I

I& R = E& TI − E& TII

=0
Z
trong đó Z là tổng trở toàn mạch vòng.
- Khi NM trong toàn vùng BV (H.7.4b), các sđđ E&

&
và E

cộng nhau và tạo nên dòng

TII

TI

trong rơle làm BV tác động.
Hiện nay BVSL với dòng tuần hoàn, được dùng phổ biến, sau đây ta chỉ xét loại này.


IR = 0

IR = 0
ETII

E TI

ETII

ETI
N

II

III

II

III
b)

a)

Hình 7.4 Sơ đồ so lệch loại cân bằng áp

7.2 DÒNG KHÔNG CÂN BẰNG TRONG BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN
Khi khảo sát nguyên tắc tác động của BVSL, chúng ta giả thiết một trường hợp lý tưởng
rằng trong trường hợp bình thường và NM ngoài không có dòng điện chạy vào rơle. Thực tế như
đã tìm hiểu sự làm việc của BI ở chương 1 thì dòng điện thứ cấp của BI bằng
I&TI = I&SI −
I& ;

I&TII = I&SII − I& IIµ

Iµ

và dòng trong rơle

I& R = I&TI − I&T
II =

I& IIµ
−

I& Iµ
=

I&kcb , dòng điện từ
hóa

I& I và I& IIµ
µ

thường khác nhau ngay cả trong trường hợp các BI giống nhau.
Ngoài dòng điện từ hóa ra, dòng không cân bằng còn chòu ảnh hưởng của điện trở của các
dây dẫn phụ trong các nhánh của mạch BV. Ne dùng các BI có tỷ số biến đổi không giống
nhau
(cho các phần tử như MBA 2, 3 dây quấn, tự ngẫu, thanh góp...) thì dòng không cân bằng sẽ tăng lên
nhiều vì khi ấy dòng từ hóa khác nhau nhiều.
Đặc biệt dòng &
I k sẽ đạt những giá trò rất lớn khi có NM ngoài, khi ấy các mạch từ của
cb

BI bão hòa với mức độ khác nhau và ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng NM lên
dòng thứ cấp của các MBI cũng khác nhau.
Từ hình 1.8 cho dạng của thành phần không chu kỳ I&µ (tỷ lệ với dòng I&kcb ) và hình

1.9
&
dòng thứ cấp BI khi NM chúng ta có thể rút ra kết luận sau cho dòng I
:
kcb

&
- I k trong tình trạng quá độ có thể vượt quá giá trò ổn đònh của nó gấp nhiều lần và có thể
cb

lớn hơn cả dòng điện làm việc cực đại
- I&kcb có giá trò lớn nhất không phải ở thời điểm đầu của NM mà hơi chậm hơn
- Có giá trò ổn đònh của &
I k sau lúc NM có thể lớn hơn rất nhiều so với trước lúc NM do từ
cb

cảm thừa trong lõi thép
- I&kcb

ng đối nhanh (thời gian tồn
tắt tại những giá trò
tươ


I&III
nIII

I&III
nIII

I&kcb

lớn không vượt quá vài phần
mười giây).
Hiện nay, chưa có phương pháp tính toán một cách chính xác và thuận tiện

dòng Trong thực tế, người ta dùng phương pháp tính toán dòng gần đúng.

I&kcb
.


7.3 DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN
Để BVSL có thể làm việc đúng, phải chỉnh đònh dòng khởi động của nó lớn hơn dòng điện
không cân bằng tính toán lớn nhất khi NM ngoài vùng BV:
Ikđ ≥ Kat . Ikcbtt max
với &
I kcbtt max là dòng không cân bằng tính toán cực đại.
I& kcbtt max = fi max . kđn .kkck .Ingoài max
trong đó:

fi max - sai số cực đại cho phép của BI trong tình trạng ổn đònh
fi max = 10% = 0,1

kdn - hệ số đồng nhất của các BI; kdn = 0 ÷ 1
kđn = 0 - khi các BI hoàn toàn giống nhau
kđn = 1 - khi các BI khác nhau hoàn toàn
kkck - hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng NM
Ingoài max

- thành phần chu kỳ của dòng NM lớn nhất.

Yêu cầu về độ nhạy của BVSL
I
trong vùng bảo vệ
Kn = N min
>2
Ikđ
Thường vì dòng điện không cân bằng Ikcb khá lớn nên, nếu không dùng những biện pháp
đặc biệt để hạn chế nó, BV khó đảm bảo yêu cầu về độ nhạy đã nêu.

7.4 NHỮNG BIỆN PHÁP THƯỜNG DÙNG ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ NHẠY VÀ
TÍNH ĐẢM BẢO CỦA BẢO VỆ
Như trên đã nói, dòng điện không cân bằng có giá trò khá lớn và trong một số trường hợp
rất khó xác đònh trò số chính xác của nó, vì thế để làm tăng độ nhạy của BV cần phải dùng những
biện pháp đặc biệt để hạn chế dòng điện không cân bằng. Có rất nhiều phương pháp để tăng tính
đảm bảo và độ nhạy của BV với mức độ phức tạp và hiệu quả khác nhau. Các phương pháp thường
gặp là:
- Cho BV làm việc chậm khoảng 0,3 ÷ 0,5s. Để các giá trò quá độ của Ikcb kòp tắt đến trò số bé.
Phương pháp này hiện nay ít dùng vì nó làm cho BV mất tính tác động nhanh.
- Nối tiếp các rơle một điện trở tác dụng phụ, khi điện trở trong mạch so lệch tăng, dòng điện
không cân bằng cũng như dòng NM thứ cấp giamû xuống, tuy nhiên mức độ giảm của dòng
không cân bằng nhiều hơn vì trong dòng điện không cân bằng thành phần không chu kỳ
nhiều hơn trong dòng di chuyển mạch.
- Nối rơle qua các biến dòng bão hòa trung gian
- Dùng rơle có tác động hãm
- Dùng rơle có hãm hoặc khóa bằng họa tần bậc cao của dòng điện.
Phương pháp dùng MBI bão hòa trung gian và dùng rơle có tác động hãm là hai phương
pháp thông dụng nhất. Sau đây, ta sẽ tìm hie hai phương pháp này.

7.4.1 Nối các rơle qua máy biến dòng bão hòa trung gian
Máy biến dòng bão hòa trung gian là MBI có độ bão hòa từ rất sớm. Như ta đã biết, trong
dòng NM có hai thành phần là chu kỳ và không chu kỳ (H.1.7). Thành phần chu kỳ đối xứng qua
trục thời gian. Còn thành phần không chu kỳ lệch hẳn về một phía. Thành phần không chu kỳ sẽ
rơi vào vùng bão hòa của đường cong từ hóa nên sẽ gây ra một độ thay đổi tự cảm bé hay nói cách
khác sđđ thứ cấp của thành phần này bé. Trong khi đó thành phần chu kỳ nằm trong vùng tuyến
tính của đường cong từ hóa nên có độ từ cảm lớn và sđđ của thành phần này lớn, nghóa là chuyển
tốt sang phía thứ cấp. MBI bão hòa trung gian chính là bộ phận lọc thành phần không chu kỳ của
dòng NM. Người ta có thể dùng MBI bão hòa thường hình 7.5b hay bão hòa mạnh hình 7.5c.
RI
ISI

ILS

IR

IR

IN

ISL
b)

a)

c)

Hình 7.5 Sơ đồ nối rơle qua MBI bão hòa trung gian (a),
MBI bão hòa loại thường (b) và loại tác động mạnh (c)

7.4.2 Dùng rơle so lệch tác động hãm
Rơle so lệch tác động hãm có dòng điện
khởi động thay đổi khi dòng điện trong các nhánh
của mạch BV thay đổi. Bộ phận so sánh của rơle
sẽ so sánh trò số tuyệt đối hai đại lượng.

ITI
II

ITI

ITII
ISL

Đối với BV có hai đầu ra (MBA hai cuộn
dây, MF...)
- Đại lượng làm việc tỷ lệ với dòng điện
so lệch
Ilv
= I&TI +
I& l =
=
v
I&sl I&
TII
- Đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu của hai vectơ
dòng điện hay tổng số học của hai dòng điện

ITII

Hình 7.6 Sơ đồ nguyên lý của
bảo vệ
so lệch dùng rơle có tác động
hãm

- Trường hợp rơle dùng đại lượng hãm tỷ lệ với hiệu vectơ hai dòng (H.7.6)
Ih =

I& = k
&
h I TI

&
− I TII

với k là hằng số tỷ lệ thường chọn k = 1/2.
Rơle sẽ tác động khi Ilv > Ih.
Ta có thể dùng đồ thò vectơ để cắt nghóa các tình trạng làm việc của sơ đồ trong trường
hợp NM ngoài (H.7.7a) và NM trong (H.7.7b).


- Khi NM ngoài vùng BV. Trong trường hợp này, hai vectơ dòng điện thứ cấp ITI và ITII có
phương ngược nhau nên dòng điện
ITI
hãm lớn hơn dòng làm việc, rơle
ITI
I lv
không tác động hình 7.7a.
Ilv = (ITI + ITII)

Khi NM trong vùng BV,
các vectơ ITI và ITII có phương gần
trùng

ITI

Ih

nhau (H.7.7b) nên I&l > I&h . Lúc
v
đó
rơle tác động.

δ

a)

ngoài

Hình 7.7 Đồ thò vectơ của dòng điện trong
mạch rơle a- Khi ngắn mạch ngoài; b- Khi
ngắn mạch trong
δ - góc lệch pha giữa ITI và ITII do sao số
của BI

vùng

( I& = −I&TII
I& +
Ilv = TI

)
TI
I&TII

I&TII

ITI + ITII

+ ITII )

= 0 ; Ih = k(
ITI

= I&TI −

với k là hằng số.

b)

ITII

sự làm việc của rơle như sau:
NM
BV

Ih = ½ (ITI - ITII)
-ITII

Trường hợp rơle so lệch dùng
đại lượng hãm là tổng số học hai dòng

thì với các trường hợp NM khác nhau

Khi



-ITII

= ITI + ITI

=2
ITI

Nếu chọn k = 1 thì Ih
=

; Ih > Ilv - rơle không tác động.

Khi NM bên trong đối tượng BV có nguồn cung cấp từ hai phía
I&TII =
I&

TI

nên I&TH
=

I h = I& +
TI
I&TII

I&TI
;

= I&TI +
I&

I&lv = I&TI +

I&TI +

I&TII =

I&TI

= 2 I&TI

= 2 I&TI

TI

Đại lượng làm việc và đại lượng hãm bằng nhau và bằng tổng dòng điện NM.
Khi NM bên trong nguồn cung cấp từ một phía. Lúc đó &
I TI = 0
Ilv = &
I TI +
I&TII

= I&TI + 0
=

I&TI
;

Ih = I&TI +
I&TII

Đại lượng làm việc và đại lượng hãm bằng
nhau
và bằng dòng cung cấp từ một phía.
Với k = 1 ta nhận thấy Ilv = Ih khi NM bên
trong đối tượng BV. Như vậy, đặc tính NM là đường

5
4
3

=
I&

TI

+0
=

I&TI

thẳng có độ dốc là 1.
Theo nguyên tắc này, để
rơle

làm việc có một độ
nhạy nhất đònh, người ta
chọn


hằng số K khác nhau để thay đổi đặc tính hãm. Hình

a
Đặc tính NM

c
Vùng tác động
b

7.8 cho ta đặc tính làm việc của rơle so lệch có đặc
tính hãm.

1

2

3

Vùng không tác động
4

5

6

7

Hình 7.8 Đặc tính làm việc
của bảo vệ so lệch

Nhánh a: đặc trưng cho ngưỡng độ nhạy
của
BVSL do ảnh hưởng của sai số BI (dòng từ hóa).

Nhánh b: kể đến ảnh hưởng sai số từ tỷ số BI, sơ đồ đấu dây BI, các đấu phân áp...
Nhánh c: ảnh hưởng hãm lớn nhất khi kể đến bão hòa BI...


Trong quá trình đối tượng BV làm việc dòng điện Ilv được so sánh với dòng hãm Ih, nếu
điểm làm việc nằm trong vùng tác động (NM xảy ra trong đối tượng BV) thì rơle sẽ cho tín hiệu đi
tác động mở MC.
Trong trường hợp đối tượng BV là phần tử có hơn hai nhánh (như MBA ba cuộn dây, tự
ngẫu, thanh góp...) thì đại lượng làm việc là tổng vectơ của các dòng trong các nhánh riêng biệt,
còn đại lượng hãm là tổng số học của các dòng của các nhánh.
Ilv =

Ih =

n

I&lv =
I&
h

∑ I&Tk

=

k=1
n

=k

I&T + I&T2 + ... I&Tn
1
+

∑

I& T

= K

k=1 k

+

(

I&

T1

I&T + ...
+

2

I&Tn

)

trong đó: n - số nhánh; k - hằng số tỷ lệ.
Tổng quát phương trình khởi động của rơle so lệch có tác động hãm được viết dưới dạng
Ikđ = Ikđ min + kh.Ih
Ikđ min - dòng khởi động cực tiểu (Ih = 0); kh - hệ số hãm.
Hình 7.9a biểu diễn phương trình khởi động của rơle có hãm bằng đặc tuyến 1 và không
hãm đặc tuyến 2.
Ta thấy dòng khởi động Ikd tự động thay đổi khi dòng điện Ih thay đổi. Người ta biểu diễn
tác động hãm bằng hệ số hãm
 Ikd 
kh = 
 = tgα = 0,2 − 0,6
 Ih 
Trong hệ thống so sánh bằng điện cơ, do tính chất bão hòa của lõi thép, đặc tuyến khởi
động nhận được thường có dạng phi tuyến (H.7.9b).

Ikđ

1

Ikđ

2

Ikđmin

Ikđcó hãm
không


a)

Ih



Ih
b)

Hình 7.9 Đặc tuyến khởi động của rơle so lệch có tác động hãm

Từ đồ thò hình 7.9a ta có thể so sánh đặc tính của rơle loại có tác động hãm (đường 1)
chúng ta thấy rằng khi NM trong vùng BV dòng Ih giảm xuống, dòng khởi động Ikd giảm theo và
BV vùng rơle có tác động hãm sẽ có Ikd bé hơn Ikd của BV không có tác động hãm, nghóa là độ
nhạy của nó sẽcao hơn. Ta đã biết độ nhạy của BVSL không có tác động hãm đặc trưng bằng hệ số
knh
I
knh = N min
I kd


Đối với các BV có tác động hãm, hệ số độ nhạy không thể xác đònh như trên được vì dòng
điện khởi động như trên đã nói là một hàm số của dòng điện hãm, còn dòng điện hãm lại phụ
thuộc vào dòng NM. Vì thế đối với các rơle có tác động hãm dùng phương pháp đồ thò tính toán
hình 7.10 để xác đònh độ nhạy của BV, đường cong 1 là đặc tuyến khởi động của rơle cho bởi nhà

sản xuất. Ikdtt - dòng khởi động tính toán được xác đònh tung độ giao điểm K của đường cong 1 và
đường thẳng 2 đi qua gốc O và điểm A có tọa độ (tính toán NM nhỏ nhất trong vùng BV).
2

Ikđ

1

IA

A

I lvA

Il
Ikđt

INmin
= n1

K

đmin

Ih
Ik
O

IhA

Hình 7.10 Đồ thò xác đònh độ
nhạy của bảo vệ so lệch có
tác dụng hãm

Hình 7.11 Nguyên lý
bảo ve so lệch thứ
tự không

IVA = INmin, IhA được tính tương ứng với INmin khi rhq = 0.
Hệ số nhạy được xác đònh
knh =

IN min
Ikđtt

Đối với MBA, MF có trung tính nối đất trực tiếp nối đất, để BV chạm đất một điểm trong
cuộn dây có thể dùng BVSL thứ tự không có hãm. Hình 7.11 cho sơ đồ nguyên lý của BV này.
Bảo vệ so sánh dòng chạy ở dây trung tính IN và tổng dòng điện ba pha (Io). Chọn IN là thành phần
làm việc và luôn luôn xuất hiện khi có chạm đất trong vùng BV. Khi chạm đất ngoài vùng BV
dòng thứ tự không tổng dòng các pha & có trò số bằng nhưng ngược pha với dòng qua trung tính
I
o

I& N . Các đại lượng làm việc và hãm như sau
Ilv =| I& N |
Đại lượng hãm

(

Ih = k I & N − I & o − I & N + I & o

)

với: I& - là dòng trung tính
N

I&o ≈ I& A + I& B + I&C ; k - hằng số tỷ lệ.
Khảo sát cách làm việc của rơle

Khi
chạm
đất
bên

ngoài, I&o ngược pha
với I&
N


I& o = − I& N

và bằng trò số
Giả thiết chọn k = 1, lúc đó Ilv =

I& ; Ih = I& N +
N
I&
N

IB

IC
Io
IN

Rơle so lệch thứ tự không

− I& N −
I&
N

=2
I&
N

; Ih = 2Ilv


Khi chạm đất trong, chỉ có thành phần qua trung tính:
I&o = 0; Ilv
=

I& ; I h = I& N − 0 − I& N + 0 = 0
N

Khi chạm đất bên trong:
I& o = &
I ; Ilv = I& ; Ih = I& N −
N
N
I&

o

− I& N +
I&
o

= –2
I&

; Ih < 0

N

Từ phân tích trên ta thấy rằng, khi chạm đất bên trong thành phần hãm không xuất hiện, vì
lúc đó ih bằng không hoặc âm. Như thế chỉ cần dòng chạm đất nhỏ trong vùng BV rơle, sẽ cho tín
hiệu tác động. Ngược lại, khi chạm đất bên ngoài tác dụng hãm rất mạnh, BV chống chạm đất
dùng nguyên tắc so lệch thứ tự không có hãm cho độ nhạy cao. Hình 7.12 cho đặc tính làm việc
của BV này. Nhận thấy rằng, tác động hãm càng lớn tỷ số –Io/IN càng lớn, trong trường hợp MBI
lý tưởng Io/IN = –1.
+Io

IN/Ikđ
5
130

o

120

1

o

2

110

3

o

o
o
100 4 90

-Io

Vùng tác động

4

IN

Ih

3
2
Vùng không tác động
1
-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

0

-0,1

IN-Io

Io/IN

0,1

0,2

0,3

0,4

IN+Io

0,5

Hình 7.12 Đặc tuyến làm việc của bảo vệ so lệch thứ
tự
không có hãm Iđ: trò số đặt; I o < 0 : chạm đất

Hình 7.13 Giản đồ vectơ khi
ngắn mạch chạm đất ngoài

ngoài
IN

Như trên đã nói, khi chạm đất bên ngoài dòng sơ cấp I& và I& ngược pha nhau. Dòng
o

N

vào rơle qua các MBI bò bão hòa làm các dòng lệch pha nhau sẽ gây ảnh hưởng đến thành phần
hãm. Nếu góc lệch pha φ( I&o , I& N ) = o±90 thì tác động hãm bằng không. Điều này có thể hiểu
bằng giản đồ vectơ hình 7.13. Đại lượng hãm cũng bò ảnh hưởng bởi hằng số k và góc φlimit (φ giới
hạn)
quan hệ với nhau. Góc φlimit xác đònh góc lệch pha giữa I&o và I& N , trò số khởi động tiến đến vô
cùng
o
khi I&o = I& N , nghóa là không có tác động. Tác động hãm lớn nhất khi φlimit = 90 ; k = ∞.
o

o

Khi –90 < φ < 90 chỉ có đại lượng làm việc xuất hiện, đối với các φ khác, đại lượng làm
việc tiến đến vô cùng.
Hình 7.14 cho đặc tuyến làm việc của BV phụ thuộc vào góc lệch pha giữa &
Io
và

I& khi
N


&
I& = I N .
o


14

o

o

limit

130

o

o

o

o

o

80

o

50

o

o

o
o
3
110 100
k ~~
1,4 2
4

120

1

IN/Ikđ
o
90
4

Vùng tác động

2

1

Vùng không tác động

0
130

120

110

100

70

60

φ (Io,IN)

Hình
7.14

Bảng dưới cho ta quan hệ giữa góc đặt giới hạn và hệ số hãm k:
13

φLimit

12

o

0

o

0
1

K

11

o

0
1,4

10

90o

o

0
2

∝

4

7.5 BẢO VỆ SO LỆCH NGANG
Bảo vệ so lệch dọc là BV thuộc loại đơn giản và tin cậy. Bảo vệ không phản ứng theo
dao động, quá tải và tác động không thời gian khi NM xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong vùng BV.
Đối với đường dây tải điện dài, nhược điểm của BV là việc truyền tín hiệu, tổn phí cho dây dẫn
phụ cao.
Ngoài ra, BV có thể tác động sai khi dây dẫn bò hư hỏng. Để BV cho đường dây song song, daiø có
điện trở dây như nhau, hay MF có hai cuộn dây quấn song song, người ta có thể dùng BVSL ngang.
Nguyên lý tác động của nó dựa trên sự so sánh trực tiếp dòng điện chạy trên các nhánh song song.
Vì điện trở các nhánh làm việc song song bằng nhau nên khi bình thường và khi
NM
ngoài, các vectơ dòng điện trên các nhánh bằng nhau, I& I = (H.7.15a). Khi NM xảy ra tại một
I&
II

trong hai nhánh, các dòng này không còn bằng nhau nữa. Tại đầu A các dòng II và III trùng pha
nhưng biên độ khác nhau, còn tại B các dòng khác cả pha lẫn biên độ (H.7.15b).
II

II

~
a)

~

~
III

III

B

A II
III

b)

Hình 7.15 Phân bố dòng trên các đường dây song song

III

~


a) Khi bỡnh thửụứng vaứ NM ngoaứi; b) NM treõn moọt ủửụứng

15


Như vậy, sự mất cân bằng các dòng trên các nhánh song song về mặt biên độ cũng như
góc pha là dấu hiệu phản ánh sự cố trên một trong hai đường dây. Có hai loại BVSL ngang: tại các
phần tử có hai nhánh song song, được nối vào một máy cắt chung thì dùng BVSL ngang dòng điện.
Tại các đường dây song song có máy cắt riêng ở mỗi đường dây thì dùng BVSL ngang có hướng.

7.5.1 Bảo vệ so lệch ngang dòng điện
a)

II

A

B

III

III
b

L1

L2

Hình 7.17 Vùng chết của
bảo vệso lệch ngang
dòng điện

a)

Hình 7.16 Bảo vệ so lệch ngang
dòng điện

Khi chỉ có một đầu đường dây có nguồn cung cấp, BV chỉ đặt một phía có nguồn, còn đối
với các đường dây có nguồn cung cấp ở hai đầu thì đặt ở cả hai phía đường dây song song. Hình
7.16 giới thiệu sơ đồ BV vẽ cho một pha. MBI với cùng hệ số biến đổi n được đặt tại các pha
cùng tên. Các cuộn thứ của chúng được đấu với nhau bằng các cực đổi tên, còn cuộn dây của rơle
thì đấu song song với chúng.
Khi bình thường và NM ngoài (H.7.11a), dòng qua rơle &
I = I&TI + I&TII = 0
R

Bảo vệ không tác động. Thực tế IR có dòng không cân bằng Ikcb do sai số của BI và do điện
trở các đường dây không hoàn toàn như nhau. Để rơle không tác động nhầm cần chọn IKđ > Ikcb.
Khi NM xảy ra, ví dụï đường L1 tại điểm N hình 7.11b, ta có II > III, do đó trong rơle có
dòng I& = I& + I&
R
TI
TII ≠ 0
Nếu IR > Ikđ thì BV tác động cắt máy cắt chung đường dây. Dòng II và III đi đến điểm NM N
theo hai nhánh song song và tỷ lệ nghòch với tổng trở của chúng (H.7.17).
Nếu chuyển dòch điểm N dần tới trạm B thì II giảm còn dòng trong rơle

I& R =
I&

= I&TII

TI

giảm. Khi NM tại thanh góp B thì I& = 0. Dễ dàng thấy rằng, gần thanh góp trạm B có tồn tại một
R
đoạn đường dây mà khi NM trong đó, dòng trong rơle nhỏ hơn giá trò khởi động. Điểm biên của
đoạn này có IR = IkđR và nằm cách thanh góp trạm một đoạn m. Như vậy, vùng được BV không thể
bao gồm toàn bộ đường dây. Đoạn m của đường dây nằm gần thanh góp trạm đối diện mà khi
NM trong đó BV không thể tác động vì không đủ nhạy được gọi là vùng chết của BV. Sự tồn


)

tại vùng chết lànhược điểm quan trọng của BVSL ngang. Để cắt NM trong vùng chết cần đặt thêm
BV khác.

N
II
INB

II

m
I RIII= I + I


IKCB
A

m

l AB

IN
2
B

Chiều dài của bảo vệ m được xác đònh bằng m =

Ikđb lAB
v

IN
với: Ikđbv - dòng khởi động của BV; IN - dòng NM tại B; LAB - chiều dài đoạn AB.
Bảo vệ được coi là hiệu quả nếu vùng chết của BV không vượt quá 10%. Khi cắt

một trong các đường dây song song, BVSL ngang trở thành BV quá dòng tác động tức thời
đối với đường dây. Vì vậy, tác động không chọn lọc; để tránh điều đó cần khóa BV này khi cắt
một trong các đường dây song song.

7.5.2 Bảo vệ so lệch ngang có hướng
Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho các đường dây song song có MC riêng trên
từng đường dây. BV chỉ cắt đường dây hư hỏng. Để làm được như vậy cần có bộ phận
đònh hướng công suất bổ sung cho phần so lệch ngang đã xét ở trên. Bộ phận này có thể là
phần tử đònh hướng công suất tác động hai hướng, hoặc hai phần tử đònh hướng khác nhau, mỗi
cái dùng để cắt một đường dây.
N

Hình 7.18 cho sơ đồ cấu trúc so lệch ngang có hướng riêng biệt đặt tại trạm A. Ở trạm B
cũng đặt bộ BV tương tự.

b)

MC1

MC2

RW

th1 cắt MC2

AND

AND

Cắt MC1

AND

AND

Cắt MC2

RW
L1
MC4

L2
MC3

RI1

th2 cắt MC1

N2

Hình 7.18 Sơ đồ cấu trúc so lệch ngang có hướng hai đường dây song song

Trên sơ đồ, phần tử RI để phát hiện dòng so lệch có NM một trong hai đường dây, còn
RW1 hay RW2 xác đònh NM trên đường dây nào để đi cắt MC trên đường dây đó. Đường dây phải
cắt
từ hai phía. Muốn vậy, hai đầu đường dây phaiû có hai bộ tương tự. Tín hiệu đi cắt MC được khóa
bằng
các tín hiệu phản ảnh vò trí MC (th1, th2) MC1 và MC2 đặt trên đường dây 1, 2. Khi cắt một trong
hai đường dây song song, BV còn lại đường dây kia biến thành BV quá dòng có hướng tác động
không thời gian. Nó có thể tác động sau khi NM ngoài, vì vậy cần khóa lại trong trường hợp này.

Do có trường hợp hiện tượng khởi động không đồng thời sẽ được xét sau.
Khi NM trên đường dây, ví dụï L1, máy cắt MC3 cắt sớm hơn máy cắt MC1. Lúc đó vẫn
còn dòng NM đi qua đường dây L2, làm cho BV có thể đi cắt sai đường dây khonâ g hư L2. Để loại
trừ trường hợp cắt sai này cần tín hiệu phản ảnh trạng thái MC.
Từ sự phân bố dòng trong rơle khi có NM tại N1 trên đường L1 và L2 được cung cấp trở một
nguồn ta thấy hướng của dòng điện qua rơle đặt tại trạm A và B thay đổi khi NM trên đường dây
khác nhau (H.7.19). Cũng phân bố tương tự cho trường hợp đường dây có hai nguồn từ hai phía
cũng cho kết quả tương tự. Bộ phận đònh hướng công suất RW1, RW2 sẽ phản ứng theo hướng công
suất để đi cắt MC của đường dây bò NM. Dòng khởi động của RI cũng được chọn tương tự như


trường hợp so lệch ngang của dòng điện.

a)

Hình 7.19 Sự phân bố dòng trong rơle so lệch khi NM một trong hai đường dây

Cũng giống như BVSL ngang dòng điện, mỗi bộ so lệch ngang có hướng tại đầu trạm A và
B, đều có đoạn m mà khi NM trong đoạn đó IR < Ikđ, vì vậy bộ đó không thể tác động được. Tuy
nhiên, BV ở đầu kia sẽ cắt máy cắt đầu đường dây hư hỏng và sau đó BV đầu này sẽ cắt máy cắt
còn lại. Ví dụï, khi NM tại N trong vùng chết của BV A (H.7.20), BV A lúc đầu không tác động sau
khi L1 được cắt từ đầu B (MC số 4) (ISL = 2I”), toàn bộ dòng IN từ A đến chỗ NM giờ đây chỉ đi
theo đường L1, làm cho dòng IR = IN tăng vọt lên và BV tại A cắt máy cắt còn lại của đường dây L1
(MC số 2). Khi NM xảy ra gần thanh góp trạm A cũng có hiện tượng tương tự: thoạt đầu BV gần
chỗ NM là BV A tác động, sau đó đến BV B.
A

B
L2

1

~

3

RA
2

RB
N
mB

L1

mA

4

Hình 7.20 Vùng khởi động không đồng thời của bảo vệ so lệch ngang có hướng

Hiện tượng tác động nối nhau của BV nêu trên được gọi là hiện tượng khởi động không
đồng thời, còn vùng mA và mB là vùng khởi động không đồng thời.
Vùng không đồng thời được xác đònh tương tự như vùng chết của BVSL ngang dòng điện.
Khi các BV khởi động không đồng thời, thời gian cắt NM tăng gấp đôi, đó là nhược điểm của BV.
BV có dùng phần tử ĐHCS nên sẽ có vùng chetá gần chỗ đặt BV do rơle công suất không thể tác
động được, đó cũng là nhược điểm. Dòng khởi động của rơle dòng được chọn theo các điều kiện sau:
- Rơle dòng không được tác động đối với dòng không cân bằng khi NM tại thanh góp
trạm đối diện
Ikđ = kat.Ikcbmax

- Khi một trong các đường song song được cắt ra từ đầu kia, rơle dòng không được tác động
Ikđ = kat.Iptmax
- Bộ phận khởi động không được tác động đối với dòng trong các pha không hư hỏng khi
NM hai pha và một pha
Ikđ = kat.Ikhư = Kat.(Ipt KIN)


Độ nhạy của BV được đặc trưng bằng giá trò của khởi động không đồng thời và vùng chết
của rơle ĐHCS. Vùng khởi động không đồng
được tính cho mỗi bộ BV ở từng đầu đường dây và
thơiøkhông được quá 25% chiều dài đường dây.
Độ nhạy của bộ phận khởi động được kiểm tra với hai trường hợp (H.7.21).
lB
N2

~

~

a)

~
b)

N1

RA

RB

~

Hình 7.21 Sơ đồ tính toán để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch ngang

a) Chế độ khởi động khô
ng thời, khi NM phía đối diện đã cắt (H.7.21a)
, ng đồ
IR
k =
nh

I

kdR

với IaR là dòng qua rơle ứng với điểm NM tại điểm biên vùng khởi động không đồng thời
khi MC tại B cắt, yêu cầu: knh > 1,5
b) Trường hợp tất cả các máy cắt đường dây đều đóng (H.7.21b).
,
Xác đònh knh khi NM tại điểm mà cả hai bộ có độ nhạy bằng nhau
IRA
I
= RB
IkdA
IkdB
trong đó IRA, IRB là dòng trong các rơle của BV A và B khi NM tại điểm N2.
Nếu đặt khoảng cách từ điểm N2 tới BV B là lB thì có thể xác đònh được
IkdB
IAB
IB = I

+I
kd

A

kd

B

Sau khi xác đònh vò trí điểm N2, tính dòng NM và dòng trong các rơle của BV A và B, có
,,
I
I
thể tìm độ nhạy knh = =
, yêu cầu knh ≥ 2 .
RA RB
Ikd
Ikd
A

B

7.6 ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH
Bảo vệ so lệch dọc thuộc loại đơn giản, tin cậy, BV không phản ứng theo dao động, quá
tải, NM ngoài và tác động tức thời khi NM xảy ra bất cứ điểm nào trong vùng BV. Nguyên tắc của
BV được sử dụng rộng rãi để làm BV chính chống NM bên trong của MF, MBA, thanh góp, động
cơ, đường dây.
Bảo vệ so lệch ngang thuộc loại đơn giản, tin cậy không phản ứng theo dao động, việc
chọn tham số đơn giản. Nhược điểm của nó là vùng chết, hiện tượng tác động không đồng thời làm
tăng thời gian cắt NM, có vùng chết theo đienä áp, phải khóa BV khi cắt một đường dây, vì vậy cần

phải có bổ sung BV cho đường dây còn làm việc. Bảo vệ được dùng để BV cho đường dây lamø
việc song song, MF có hai cuộn dây tónh làm việc song song.


Câu hỏi chương 7 :
1-Xác đònh vùng bảo vệ và thời gian tác động của bảo vệ so lệch.
2-Tại sao co xuất hiện dòng không cân bằng trong rơ le của nhánh so lệch?
3-Giải thích cách làm việc của rơ le có tác động hãm.
4-Giải thích đặc tuyến làm việc của rơ le so lệch có tác động hãm.
5-Nguyên tác làm việc của bảo vệ so lệch ngang,giải thích tại sao bảo vệ so lệch ngang có hiện
tượng tác dộng không đồng thời của máy cắt hai đầu đường dây.

A

Websides tham khảo
www.abb.com
www.areva-td.com
B
www.GEindustrial.com/pm
3
L1
www.gemultillin.com
www.schneider-electric.com

1

~
RA

2

N2

www.tde.alstom.com
RB
4
www.toshiba.co.jp

L2

b)

A

1

N1
1

3

L
ISL

2

~
RB

RA

L2

4

B