bảo vệ rơ le và tự động hóa trong hệ thống điện

BẢO VỆ RƠ LE
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN


Phần I

Bảo vệ rơ le
trong hệ thống điện

Chương III
BẢO VỆ CÁC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

2


III. Bảo vệ các đường dây tải điện

III.1 GIỚI THIỆU CHUNG
 Vai trò của đường dây tải điện – Các sự cố
 Phân loại đường dây tải điện
 Phương thức bảo vệ cho các đường dây tải điện

3


III.1 Giới thiệu chung



Nhiệm vụ của đường dây tải điện?



Các sự cố đối với đường dây tải điện

 Ngắn mạch, chạm đất, đứt dây
 Quá điện áp
 Quá tải

4


III.1 Giới thiệu chung



Phân loại đường dây tải điện

 Theo chủng loại đường dây: Đường dây không, cáp ngầm,
đường dây dài, ngắn,…

 Theo cấp điện áp:
Đường dây hạ áp

U<1kV

Đường dây trung áp

1kV≤ U ≤ 35kV

Đường dây cao áp

66kV≤ U ≤ 220kV

Đường dây siêu cao áp

330kV≤ U ≤ 1000kV

Đường dây cực siêu cao áp U > 1000kV

5


III.1 Giới thiệu chung



Bảo vệ cho đường dây hạ áp: Cầu chì, áp tô mát



Bảo vệ cho đường dây trung áp

 Quá dòng điện cắt nhanh hoặc có thời gian
 Quá dòng điện có hướng

 So lệch dùng cáp thứ cấp chuyên dùng
 Khoảng cách


Bảo vệ cho đường dây cao áp và siêu cao áp

 So lệch dòng điện
 Khoảng cách
 So sánh tín hiệu
 So sánh pha
 So sánh hướng (công suất hoặc dòng điện)
6


III. Bảo vệ các đường dây tải điện

III.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN






7

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng
Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng
Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng
Bảo vệ quá dòng thứ tự không


Nguyên lý tác động của BV quá dòng

B

A

C
N2

N1

-

N3

Tác động khi dòng điện (một pha, hai pha hoặc cả ba pha)
qua phần tử bảo vệ vượt quá một ngưỡng cho trước

𝐼 ≥ 𝐼𝑘đ

8

-

Phối hợp để bảo vệ gần chỗ sự cố nhất tác động trước

-

Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha, ba pha
và sự cố chạm đất

-

Có thể tác động tức thời (Quá dòng cắt nhanh) hoặc tác
động với thời gian trễ (Quá dòng có thời gian)


III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)



Nguyên tắc: đảm bảo tính chọn lọc bằng phân cấp dòng điện



Sự cố tại phân đoạn nào: chỉ bảo vệ tại đó được phép khởi động

Các bảo vệ không cần phối hợp thời gian

Thời gian tác động đặt xấp xỉ 0 giây (thường từ 50 ÷ 80ms)
 tên gọi:bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50 hay I>>)

Do cách chọn lọc bằng dòng điện

dòng điện khởi động tính theo
công thức Ikđ=Kat*Ingắn mạch ngoài vùng max (Hệ số Kat=1,1 ÷ 1,2)



9

Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng  không sử dụng làm

bảo vệ chính


III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)

1.

Nguyên tắc:

 Đảm

bảo tính chọn lọc bằng phân cấp dòng điện

 Sự

cố tại phân đoạn nào: chỉ bảo vệ tại đó được phép
khởi động
Các bảo vệ không cần phối hợp thời gian
Thời gian tác động đặt xấp xỉ 0 giây (thường từ 50 ÷ 80ms)
 tên gọi:bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50 hay I>>)

Do cách chọn lọc bằng dòng điện

dòng điện khởi động tính
theo công thức Ikđ=Kat*Ingắn mạch ngoài vùng max (Hệ số Kat=1,1 ÷
1,2)

bảo vệ được toàn bộ đối tượng  không sử
dụng làm bảo vệ chính

 Không

10


III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)
2. Vùng bảo vệ: đường dây 1 nguồn cung cấp
𝐼𝑘đ = 𝑘𝑎𝑡 𝐼𝑁𝑛𝑔𝑚𝑎𝑥

với

𝑘𝑎𝑡 = 1.2 ÷ 1.3



Dòng ngắn mạch giảm dần khi điểm ngắn mạch đi xa nguồn



Độ lớn dòng ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ của hệ thống

 Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng
D2

D1

HTĐ
A

IN

I>>

B

I>>

INmax
INmin
Ikd

LCNmin

INngmax
Vùng chết

LCNmax
11

L


III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)
Ikd  K at I Nng max

K at  1.2 1.3
D2

D1

HTĐ
A

IN

I>>

B

I>>

INmax

INmin
Ikd
LCNmin

LCNmax

12

INngmax

L

VÙNG
CHẾT

-

Không bảo vệ được toàn bộ đường dây

-

Vùng bảo vệ phụ thuộc vào chế độ vận hành của hệ thống và dạng NM

-

Cho bảo vệ làm việc với độ trễ 50 – 80ms để tránh tác động do quá điện áp


III.2.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh vô hướng (I>> hay 50)
2. Vùng bảo vệ: đường dây 2 nguồn cung cấp
A

~

I>>

I>>

BI MC

MC BI

B

~
IANng max  IBNng max

INmaxA
IkđA=kat.INngmaxA

INmaxB

 Ikd  ???

Ikđ
INngmaxA

INngmaxB

LCNA

Vùng chết

LCNB

 Luôn có một vùng không được bảo vệ (vùng chết) trên đường dây

13


2. Vùng bảo vệ: Hạn chế nhược điểm của BV cắt
nhanh đối với trường hợp đường dây 2 nguồn cung
cấp bằng cách đặt thêm bộ phận định hướng công
suất
Khi hệ thống A có công suất lớn hơn hệ thống B thì dòng khởi
động phải chọn theo điều kiện ngắn mạch 3 pha trực tiếp trên
đầu đường dây B. Nếu chênh lệch công suất giữa hai hệ thống

quá lớn, vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh phía hệ thống
công suất bé sẽ rất hạn chế, để khắc phục nhược điểm này cần
đặt bộ phận định hướng công suất ở đầu có nguồn dòng ngắn
mạch bé hơn.

14


III.2.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng

Đường dây 2 nguồn cung cấp, đặt thêm bộ phận định hướng công suất
A

~

I>>

I>>
BI MC

MC BI

B

~

INmaxA
INmaxB

IkđA

IkđB

INngmaxB

INngmaxA

LCNA
LCNB

IkdA  Kat I Nng max A
 Mở rộng được vùng bảo vệ
15

IkdB  Kat I Nng max B


~

I
A >
>
B
II

I
>
>
B
I

MC

NmaxA

IkđA=kat.INngmaxA

Ikđ

B
MC

INmaxB

Vùng
chết

LCNB

I
> B
> MC
B
I

IkđB

INng
maxB

LCNA

IkdA  K at I Nng max A

LCNB

INngmaxA

IkdB  Kat I Nng max B

So sánh vùng BV của bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh
không có hướng và có hướng

16

~

INmaxB

IkđA
INngmaxA

INngmaxB

LCNA

~

~

I
A >
>
MC
B
IINmaxA


III.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

3. Đánh giá


Độ tin cậy
- Cấu tạo đơn giản
- Tác động chắc chắn, độ tin cậy cao, cắt nhanh được
những trường hợp ngắn mạch trầm trọng nhất



Tính chọn lọc
- Làm việc chọn lọc với mạng điện có hình dáng bất kỳ



Tính tác động nhanh
- Tác động không thời gian



Hạn chế
- Không bảo vệ được toàn bộ đường dây (có vùng chết)

17


III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

Phạm vi áp dụng

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường dùng để
bảo vệ các đường dây trung áp hình tia. Tính chọn
lọc của bảo vệ được đảm bảo bằng nguyên tắc phân
cấp việc chọn thời gian tác động. Bảo vệ càng gần
nguồn cung cấp thời gian tác động càng lớn.

18


III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

Dòng điện khởi động


Dòng khởi động phía sơ cấp

K at K mm
I kđ 
I lv max
K tv



Dòng khởi động phía thứ cấp:

K at K mm
I kđ 
K sđ I lv max
K tv
Trong một số sơ đồ nối dây dòng điện thứ cấp IT trong biến dòng điện
có thể khác với dòng điện IR đi vào rơ le. Ở tình trạng đối xứng sự
khác nhau này được đặc trưng bằng hệ số sơ đồ ksđ (Nguyễn Hồng
Thái, Vũ Văn Tằm, Rơ le số: lý thuyết và ứng dụng – NXB Giáo dục,
2001)
19


III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)

2.

Thời gian tác động

t BV 1  t BV 2  Dt



Lựa chọn thời gian tác động tBV2 < tBV1 hay



Bậc phân cấp thời gian thường chọn Dt=0.3÷0.6sec



Đối với các rơ le điện cơ thường lấy Dt = 0,4 - 0,5s



Với các rơ le số Dt = 0,2 - 0,3s

Đặc tính độc lập: Thời gian
tác động không phụ thuộc vào
giá trị dòng ngắn mạch

t

Đặc tính phụ thuộc

Đặc tính độc lập

Đặc tính phụ thuộc: Thời
gian tác động có dạng đường
cong phi tuyến
𝑡 = 𝑓(𝐼𝑟 )

với 𝐼𝑟 =
20

𝐼𝑁
𝐼𝑘đ

Ikđ

Ir 

IN
I kd


III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)
2. Thời gian tác động: bảo vệ gần chỗ sự cố nhất sẽ tác động
 Nguyên tắc bậc thang: Bảo vệ phía trước - gần nguồn hơn sẽ tác động
sau bảo vệ phía sau – xa nguồn hơn một khoảng thời gian trễ định trước

𝑡𝑖 = 𝑡𝑖+1 + ∆𝑡

với ∆𝑡 = 0.3 ÷ 0.6𝑠

I>,t1

I>,t3

I>,t2

HTĐ

tpt

N
A

t

tA

B

C

tB

D

tC

t1=t2+Δt
Δt

t2=tC+Δt
tB

Δt

tC
t3=tpt+Δt

Δt

tpt

L
Đặc tính thời gian độc lập
21


III.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian vô hướng (I> hay 51)
2. Thời gian tác động: Đặc tính thời gian phụ thuộc
I>,t2

I>,t1

HTĐ

I>,t3

N
A

tA

B

tpt
C

tB

D

tC

t1N

t
t1

Δt

t2

t2N

Δt

t3
Δt

tpt

L
 Giảm thời gian tác động của bảo vệ ở đầu nguồn
22


III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng
Sự cần thiết của bảo vệ quá dòng có hướng
Xét mạch điện hình tia HAI nguồn cung cấp
A

~

t2 B t3

t1
BV1

BV2

N1

t4

BV3

BV4

C

t5
BV5

t6

D

BV6

~

N2

Ngắn mạch tại N1
Yêu cầu chọn lọc

 BV1, BV2 tác động

 t2 < t3

 BV3, BV4 tác động

 t2 > t3

Ngắn mạch tại N2
Yêu cầu chọn lọc

Bảo vệ quá dòng cực đại vô hướng không đảm bảo tính chọn
lọc đối với mạch điện hình tia hai nguồn cung cấp

23

Sử dụng bảo vệ quá dòng điện có hướng


III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

Nguyên lý tác động

Đặt thêm bộ phận định hướng công suất
BI
MC

I>

~

&
W
BU

24

t


III.2.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng

Nguyên lý tác động

I1
A

~

I2=I’N
t2 B t3

t1
BV1

N1

BV2

Đường độ
nhạy cực đại

t4

BV3

N2

UB

Vùng khởi
động

BV5

t6

BV6

D

~

Điều kiện khởi động

φ

-

I ≥ Ikd

-

Dựa trên góc lêch pha giữa dòng
điện – chạy qua phần tử được
bảo vệ, và điện áp – trên thanh
góp chỗ đặt bảo vệ

-

Chỉ làm việc theo một hướng
công suất nhất định, quy ước từ
thanh góp ra đường dây

φkđ
1800

I2=I’’N

t5

I2=I’’N

I2=I’N

25

BV4

C

Vùng không làm việc