BÁO CÁO BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO
BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 15
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP
Thành viên:
Hoàng Minh Triết
Võ Đình Thịnh
Nguyễn Tri Khánh
Nguyễn Hữu Khánh


BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP
1.Giới thiệu
Sự phát triển của hệ thống năng lượng hiện đại được phản ánh rõ nhất qua sự
phát triển của thiết kế máy biến áp. Điều đó làm nên sự đa dạng trong kích thước
của MBA, công suất có thể từ vài kVA lên đến vài trăm MVA và được ứng dụng
cho những mục đích khác nhau.
Sự xem xét về vấn đề bảo vệ MBA thay đổi theo từng ứng dụng và mức độ quan
trọng khác nhau của MBA. Để giảm thiểu hiệu ứng của ứng suất nhiệt và lực điện, chúng
ta cần phải tối thiểu hóa thời gian xử lý sự cố trong MBA. MBA phân phối nhỏ có thể
được bảo vệ khá đảm bảo cả về phương diện kỹ thuật lẫn kinh tế bằng cách sử
dụng cầu chì và rơle quá dòng. Điều đó làm cho mức độ bảo vệ sự cố thời gian trễ
phụ thuộc vào yêu cầu của các thiết bị phía sau. Tuy nhiên, sự cố thời gian trễ là
không thể chấp nhận ở các máy biến áp lớn hơn được sử dụng trong phân phối,
truyền tải và sản xuất điện do yêu cấu về vận hành, sự ổn định của hệ thống cũng
như chi phí sửa chữa và tổn thất do thời gian mất điện.
Sự cố MBA thông thường được phân thành 6 loại

a.

Sự cố trong cuộn dây và ngõ ra/vào của MBA

b.

Sự cố trong lõi thép

c.

Sự cố trong thùng chứa MBA và các phụ kiện khác của MBA

d.

Sự cố bộ chuyển nấc dưới tải - On Load Tap Changer (OLTC)

e.

Điều kiện vận hành không bình thường

f.

Sự cố kéo dài và không được xử lý bên ngoài

Đối với những loại sự cố có nguồn gốc từ chính MBA, tỉ lệ sự cố do mỗi nguyên
nhân phía trên được trình bày trong Hình 15.1.

cuộn dây và phát tuyến
Lõi thép
Thùng chứa và phụ kiện

OLTC


2.Sự cố trong cuộn dây MBA
Sự cố trong cuộn dây MBA được quyết định bởi những yếu tố sau
Trở kháng nguồn
Trở kháng trung tính nối đất
Điện kháng rò của MBA
Điện áp sự cố
Cách đấu các cuộn dây
Một vài trường hợp khác nhau được thực nghiệm sau đây.
2.1

Cuộn dây đấu sao với điểm trung tính nối đất thông qua một trở
kháng

Dòng điện sự cố chạm đất trong cuộn dây phụ thuộc vào trở kháng nối
đất và tỉ lệ với khoảng cách từ điểm sự cố tới điểm trung tính, vì rằng
điện áp sự cố tỉ lệ trực tiếp với khoảng cách này.
Đối với một sự cố ở cuộn thứ cấp, dòng điện ở cuộn sơ cấp sẽ phụ
thuộc vào tỉ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp sau khi bị ngắn
mạch.
Dòng điện phía sơ cấp cũng sẽ biến đổi theo vị trí của sự cố, vì vậy
dòng sự cố bên phía sơ cấp MBA tỉ lệ với bình phương tỉ số vòng dây bị
ngắn mạch. Hiện tượng được trình bày trong hình 15.2. Sự cố xảy ra ở
1/3 đầu cuộn dây thứ cấp gây nên một dòng điện rất nhỏ bên phía sơ
cấp, điều đó khiến cho việc phát hiện sự cố sử dụng dòng điện bên phía
sơ cấp khó khăn.
100

9
0
8
0
70
6
0
0
50
4
0
30
20
10

10

20 30 40 50 60 70 80 90
100
Distance of fault from
neutral (percentage of
winding)


2.2

Cuộn dây đấu sao với điểm trung tính nối đất trực tiếp

Dòng sự cố được quyết định phần lớn bởi điện kháng rò trong cuộn dây,
thông số mà thay đổi một cách phức tạp so với vị trí sự cố. Điện áp biến

đổi tại điểm sự cố cũng là một thông số quan trọng, như trong trường
hợp nối đất thông qua trở kháng. Đối với sự cố xảy ra gần đầu trung tính
của cuộn dây, điện kháng sẽ rất nhỏ, dẫn đến dòng điện cực kỳ lớn. Sự
thay đổi của dòng sự cố theo vị trí sự cố được thể hiện trong hình 15.3.
Đối với sự cố bên cuộn thứ cấp, dòng điện sự cố bên cuôn sơ cấp
được xác định bởi tỉ số máy biến áp. Khi mà dòng sự cố bên cuộn thứ
cấp ở mức cao trên suốt cuộn dây thì dòng sự cố bên phía sơ cấp lớn
ở phần lớn các điểm dọc theo cuộn dây.

20

15
Fault current
10

5
Primary current
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

Distance of fault from neutral (percentage of winding)

2.3

Cuộn dây đấu tam giác

Không có điểm nào trên cuộn dây đấu tam giác vận hành với thấp hơn
50% điện áp pha. Vì vậy biên độ dòng sự cố thấp hơn so với cuộn dây đấu
sao. Giá trị thực tế dòng sự cố vẫn phụ thộc vào phương pháp nối đất; nên
nhớ rằng trở kháng của một cuộn dây đấu tam giác là đặc biệt cao so với
dòng sự cố. Trở kháng được mong đợi ở mức 25% đến 50% dựa trên định
mức MBA, bất kể dòng đi qua trong điều kiện cân bằng bình thường.
Trong trường hợp điện áp so với đất trước sự cố tại điểm này bằng một
nửa điện áp pha , dòng điện sự cố chạm đất có thể nhỏ hơn dòng định


mức nếu trở kháng nguồn hoặc trở kháng nối đất là đáng kể. Dòng điện sẽ
đi theo sự cố mỗi bên qua 2 nửa cuộn dây, và sẽ được chia ra bởi 2 pha
của hệ thống. Dẫn đến dòng điện pha thấp, làm cho việc đưa ra phương
án bảo vệ khó khăn.

2.4

Chạm giữa các pha

Chạm giữa các pha trong máy biến áp hiếm khi xảy ra. Nhưng một khi
xảy ra sẽ tạo nên một dòng điện đáng kể nếu so sánh với dòng chạm
đất đã phân tích ở phần 2.2
2.5

Chạm giữa các vòng dây

Trong máy biến áp điện áp thấp, việc hỏng cách điện giữa các vòng dây
thì khó xảy ra trừ khi có lực cơ học tác động vào cuộn dây, ngắn mạch
bên ngoài có thể làm hư hại cách điện, hoặc dầu cách điện (nếu dung) có
thể bị ẩm.
Một máy biến áp điện áp cao kết nối với một đường dây trên cao phải chịu
các xung điện áp dốc, sinh ra bởi sét đánh, sự cố hoặc các thao tác đóng
ngắt. Một sóng đường dây, thông thường lớn hơn vài lần so với điện áp
định mức, sẽ tập trung chủ yếu vào các vòng cuối của cuộn dây do tần số
quy đổi của đầu sóng. Hiện tương cộng hưởng ở một phần cuộn dây tạo
nên điện áp cao gấp 20 lần định mức có thể xảy ra. Cách điện giữa các
vòng dây ở cuối cuộn có thể được gia cố, nhưng không thể tăng một cách
tỉ lệ theo trở kháng nối đất, thứ mà có giá trị tương đối lớn. Sự đánh thủng
lớp cách điện giữa các vòng dây vì vậy mà dễ xảy ra hơn đối với máy biến
áp điện áp cao. Tiến trình tiếp theo của sự cố, nếu không được phát hiện
sớm, có thể phá hủy bằng chứng của nguyên nhân gây ra sự cố thật sự.

Ngắn mạch ở một vài vòng dây có thể gây ra dòng điện rất lớn ở các
vòng bị ngắn mạch nhưng dòng điện chạy qua toàn bộ cuộn dây lại rất
nhỏ do tỉ số rất lớn giữa toàn bộ cuộn dây và các vòng bị ngắn mạch.
Hình 15.4 mô tả dữ liệu của một máy biến áp tiêu chuẩn với 3.25%
trở kháng với những vòng ngắn mạch nằm đối xứng ở trung tâm cuôn

dây.
100

10

80

Fault current in
short circuited turns

60
40

8
6

Primary input
current

20

4
2

0

5
10
15
20

Turns short-circuited (percentage of winding)

25


2.6

Chạm ở lõi thép

Một cầu dẫn qua các cơ cấu nhiều lớp của lõi thép có thể tạo ra dòng xoáy đủ lớn
để gây ra quá nhiệt MBA một cách trầm trọng. Vì vậy bulông để kẹp các lá thép
lại với nhau luôn luôn được cách điện để tránh sự cố này. Ở những phần mà
cách điện giữa các lá thép bị hư hại, nhiệt sinh ra có thể đủ để làm hỏng các cuộn
dây.
Phần tổn hao lõi thêm vào mặc dù gây ra nhiệt nhưng không làm thay đổi đáng
kể dòng điện, vì vậy khó có thể phát hiện sự cố này này bằng cách thông thường.
Tuy nhiên nó cần được xử lý trước khi gây ra một sự cố lớn hơn. Trong MBA
dầu, nhiệt sinh ra từ lõi thép đủ để làm hỏng cách điện giữa các vòng dây cũng
đủ làm dầu giãn nở, đẩy khí ra khỏi van và kích hoạt được rơle.

2.7

Sự cố thùng chứa MBA

Mất mát dầu do rò rỉ thùng máy biến áp cuối cùng có thể sinh ra một điều kiện rất
nguy hiểm, không chỉ bởi sự giảm cách điện giữa các vòng dây mà còn do quá
nhiệt do mất chất làm mát.
Quá nhiệt cũng có thể do MBA hoạt động quá tải kéo dài, kẹt ống dẫn làm mát do
dầu bị cặn hoặc do sự cố của hệ thống làm mát cưỡng bức, nếu được trang bị

2.8

Điều kiện áp đặt bên ngoài

Nguồn gốc của tình trạng hoạt động không bình thương của MBA là:
a.

Quá tải

b.

Sự cố hệ thống

c.

Quá điện áp

d.

Giảm tần số hệ thống

2.8.1 Quá tải
Quá tải gây ra sự tăng tổn thất đồng và hậu quả là làm tăng nhiệt độ. Tình trạng
quá tải chỉ nên áp dụng trong một thời gian hạn chế và hơn nữa làcho MBA dầu
được cho trong IEC 60354
Hằng số thời gian làm mát tự nhiên của MBA nằm giữa 2.5 đến 5 giờ. Hằng số
thời gian ngắn hơn có thể được áp dụng cho MBA có hệ thống làm mát chủ động.


2.8.2 Sự cố hệ thống

Ngắn mạch hệ thống sinh ra một tỉ lệ nhiệt tương đối cao của MBA nuôi,
tổn hao đồng tăng tỉ lệ với bình phương đơn vị tương đối của dòng ngắn
mạch. Thời gian điển hình của một ngắn mạch bên ngoài mà MBA có thể
chịu đựng được mà không bị tổn hại bởi điện kháng của chính nó được
trình bày trong bảng 15.1. IEC 60076 đưa ra các hướng dẫn sâu hơn về
mức độ chịu đựng ngắn mạch.
Áp lực cao nhất đặt lên cuộn dây là vào chu kỳ đầu tiên của sự cố. Khá
năng tránh hư hại là một vấn đề của thiết kế MBA.
2.8.3 Quá điện áp
Điều kiện quá điện áp có 2 loại
i.

Sóng điện áp quá độ

ii.

Tần số công suất quá áp

Sóng điện áp quá độ sinh ra bởi sự cố, đóng ngắt, nhiễu do sét chịu trách
nhiệm gây ra chạm giữa các vòng dây như đã nêu ở phần 2.5. Sự quá điện
áp này có thể được giới hạn bằng cách mắc rẽ đầu điện áp cao xuống đất
thông qua plain rod gap hoặc thiết bị tản sóng, bao gồm nhiều ngăn khí mắc
nối tiếp với một điện trở phi tuyến. Thiết bị tản sóng, đối nghịch với rot gap,
có lợi thế trong việc tản công suất dòng điện sau khi tản sóng, đây là cách
tránh dẫn tới các ly MBA.
Quá áp tần số công suất vừ gây ra áp lực lên cách điện, vừa làm tăng từ
thông làm việc một cách tỉ lệ. Hiệu ứng sau đó làm tăng tổn hao lõi thép và
làm tăng một các không tỉ lệ dòng từ hóa. Hơn nữa, từ thông được chuyển
từ lõi thép nhiều lớp sang một cấu trúc thép. Bulông cố định các lá thép,
thứ mà bình thường mang ít từ thông có thể chịu một lượng từ thông lớn

trong vùng bão hòa cáo của lõi thép.
2.8.4

Giảm tần số hệ thống

Việc giảm tần số hệ thống sẽ tác động tới mật độ từ thông, tương tự như
trường hợp quá điện áp tần số công suất bên trên.
Điều đó kéo theo việc một MBA có thể với một mức độ quá điện áp với độ
tăng tần số tương ứng., nhưng không thể hoạt động với điện áp cao ở tần
số thấp. Sự vận hành không nên khi tỉ số điện áp trên tần số vượt quá 1.1
(per unit). Nếu trong thiết kế của MBA đã tính toán đến việc tăng điện áp
làm việc, giá trị cơ bản của điện áp lấy giá trị cao nhất mà MBA được thiết
kế.


3.

Dòng xung kích khi đóng MBA không tải

Hình 15.5a trình bày đặc tính từ hóa của một MBA. Để giảm thiểu chi
phí vật tư, khối lượng và kích thước, MBA thông thường được vận hành
tại điểm đầu gối của đặc tính từ hóa, chỉ một sự tăng nhỏ từ thông trong
lõi so với diểm làm việc bình thường cũng sẽ gây ra dòng điện từ hóa
rất lớn.
Trong điều kiện làm việc ổn định bình thường, dòng từ hóa tương ứng
với từ thông vận hành khá nhỏ. Tuy nhiên, nếu một cuộn dây MBA được
đóng điện ở điện áp bằng 0, không có từ dư, từ thông trong chu kỳ điện
áp đầu tiên cao gấp 2 lần bình thường sẽ gây ra bão hòa lõi thép và một
dòng điện hình dạng không sin và biên độ lớn. Dòng điện này được gọi
là dòng xung kích MBA và tồn tại trong vài chu kỳ.

Normal peak flux

Magnetising current

(a) Typical magnetising characteristic

Transient flux 80% residual
at switching
Transient flux no residual
at switching
Steady flux state
Voltage
Time

(b) Steady and maximum offset fluxes

Slow decrement
Zero axis
(c) Typical inrush current

Zero axis

(d) Inrush without offset, due to yoke saturation


4. Quá nhiệt MBA
- Định mức của một MBA phụ thuộc vào nhiệt độ tăng lên
Thông thường quá tải kéo dài không được cho phép. Ở điều
kiện nhiệt độ môi trường thấp hơn, quá tải kéo dài ở một mức

độ nào đó có thể chấp nhận được.
- Nhiệt độ khoảng 95 °C được xem là nhiệt độ hoạt động tối đa
của MBA. Nếu hoạt động quá mức trên khoảng 8°C-10°C thì
tuổi thọ của cách điện sẽ giảm một nửa.
Bảo vệ quá tải vì vậy dựa vào nhiệt độ của cuộn dây, nhiệt độ
được đo bởi thiết bị đo bức xạ nhiệt. Phương án bảo vệ được
sắp xếp để cắt MBA nếu vượt quá nhiệt độ cho phép.

5.Tổng quan về bảo vệ MBA

- Bảng bên là các phương pháp bảo vệ cho những loại sư
cố MBAkhác nhau.
Các rơle hiện đại ngày nay có thể tích hợp tất cả các tính
năng bảo vệ trong chỉ một thiết bịtrái ngược với role điện cơ
,thứ mà cần nhiều rơle kết nối lẫn nhau và nhiều máy biến
dòng điện.

6.Bảo vệ quá dòng máy biến áp
6.1 Cầu chì


Cầu chì thường được dùng để bảo vệ cho những máy biến áp nhỏ có định
mức khoảng 1MVA. Trong nhiều trường hợp không có máy cắt thì cầu chì là
phương pháp khả dĩ nhất để tự động ngắt. Cầu chì phải có định mức lớn hơn
dòng điện tải cực đại. Cầu chì không được đứt trong thời gian quá tải ngắn
như động cơ khởi động, dòng từ hoá nhảy vọt khi đóng MBA không tải



Cầu chì HRC( high rupturing capacity) hoạt động rất nhanh với dòng sự cố

lớn nhưng lại khá chậm với những dòng bằng nhỏ hơn 3 lần giá trị định mức
của cầu chì.



Điều này cho thấy cầu chì bảo vệ máy biến áp rất kém, nó chỉ có thể cắt máy
biến áp bị sự cố ra khỏi hệ thống.


6.2 Rơle quá dòng


Bảo vệ máy biến áp phân phối có thể thực hiện cắt quá dòng bằng bằng thời
gian giới hạn của cầu chì hoặc bởi rơle nối với biến dòng đặt tại phía sơ cấp
của máy biến áp.



Rơle quá dòng thường dùng cho các máy biến cỡ lớn và điều khiển một máy
cắt tiêu chuẩn. Cải tiến của việc bảo vệ này gồm:



Tránh được thời gian trễ của cầu chì đối với các dòng điện sự cố nhỏ.



Các thiết bị cắt sự cố chạm đất được sử dụng thêm vào trong bộ bảo vệ quá
dòng.

7. Bảo vệ chạm đất hạn chế


Đây là bộ bảo vệ tuyệt đối cho 1 cuộn dây máy biến áp. Nó có thể sử dụng
rơle dạng tổng trở cao như hình …. Hoặc loại rơle có cuộn hãm.



Có In=Ia + Ib + Ic khi ở trạng thái ổn định thì In= 0 nhưng trên thực tế thì vẫn
có 1 dòng điện so lệch nhỏ do sai số của các biến dòng hay của máy biến áp
và khi có sự cố ngắn mạch ngoài.



Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng ngắn mạch quá lớn và duy trì
có thể làm bảo hòa biến dòng , làm xuất hiện dòng sai lệch, dẫn đến sự tác
động nhầm của bảo vệ. Rơle sẽ được nối tiếp với 1 điện trở bổ sung, khi tăng
điện trở bổ sung Rr thì dòng chảy qua rơle sẽ giảm xuống để tránh tác động
nhầm để đảm bảo tác động có chọn lọc.




Nhưng giá trị Rr phải chọn thích hợp, nếu quá nhỏ thì không tránh tác động
nhầm được, nhưng nếu quá lớn thì khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ thì
rơle cũng không phát hiện và tác động.



Đối với rơle có cuộn hãm thì dòng điện 3 pha và dòng trung tính trở thành

ngõ vào của cuộn hãm để so sánh với dòng sai lệch.



1
Cụ thể : Ibias  ( I A  I B  IC )
2



Bảo vệ sẽ tác động khi:



I diff  K I bias hoặc I diff  I s ( với I s là dòng điện cài đặt lớn hơn dòng điện

khi đóng điện không tải)



Hệ thống sẽ hoạt động đối với những sự cố trong vùng bảo vệ là vùng giữa
các máy biến dòng. Hệ thống vẫn ổn định đối với các sự cố ở bên ngoài vùng
bảo vệ.




Bảo vệ hạn chế chạm đất được sử dụng ngay cả khi dây trung tính được nối
đất trực tiếp.



ở cuộn dây máy biến áp nối tam giác hay nối sao nhưng không có dây trung
tính nối đất thì tự thân nó đã hạn chế được các sự cố ngắn mạch ngoài do
không có dòng thứ tự không chạy đến cuộn dây.



Cả hai cuộn dây máy biến áp có thể được bảo vệ riêng biệt bởi bộ bảo vệ
chạm đất hạn chế. Do đó toàn bộ máy biến áp có thể được bảo vệ tốc độ
cao. Sử dụng rơle tổng trở cao sẽ thu được hoạt động nhanh và ổn định các
sự cố pha.

8. Bảo vệ sai lệch
Hệ thống bảo vệ sai lệch có thể bảo vệ được toàn bộ máy biến áp. Đặt biến dòng ở
2 phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp để tính toán dòng sai lệch cho hệ thống
bảo vệ.

 Những điều cần xét đến của bảo vệ sai lệch máy biến áp
a. Điều chỉnh pha
b. Lọc dòng điện thứ tự không
c. Điều chỉnh tỉ số


d. ảnh hưởng của dòng điện từ hóa tăng đột ngột trong quá trình đóng điện
không tải.
e. có thể xảy ra hiện tượng quá từ thông

 Định mức của biến dòng
Biến dòng được lựa chọn phải có định mức phía sơ cấp xấp xỉ bằng với dòng điện

định mức của máy biến áp. Định mức sơ cấp của biến dòng thường được chọn từ
những biến dòng tiêu chuẩn có sẵn.

 Điều chỉnh pha


Thực hiện điều chỉnh pha để dòng điện từ 2 phía sơ cấp và thứ cấp đi đến
rơle là cùng pha.



Một ví dụ: nếu máy biến áp có cuộn sơ cấp và thứ cấp được nối theo kiểu
∆/Y



thì dòng điện ở 2 phía sơ cấp và thứ cấp sẽ lệch pha nhau 1 góc 30° . nếu
không được điều chỉnh , dẫn đễn sự sai lệch khi so sánh 2 dòng điện này và
dẫn đến rơle sẽ tác động nhầm.



Rơle dạng cơ điện và rơle dạng tĩnh sử dụng biến dòng thích hợp để đảm
bảo dòng phía sơ cấp và thứ cấp là cùng pha



Rơle dạng số và rơle kĩ thuật số thường sử dụng biến dòng được đấu Y ở tất
cả các cuộn dây của máy biến áp và thực hiện bù pha bằng phần mềm.

 Lọc dòng điện thứ tự không


Cần thiết sử dụng bộ lọc thứ tự không tại những nơi có thể cho dòng điện thứ
tự không đi vào cuộn dây máy biến áp từ sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ.
sử dụng bộ lọc này để đảm bảo rơle sẽ không tác động nhầm khi xảy ra sự
cố ngoài vùng bảo vệ.



Có thể sử dụng các CT/ICT đấu tam giác đối với các rơle cũ. Đối với các rơle
số/ kĩ thuật số sử dụng phần mềm để lọc.

 Bù tỉ số
Khi dòng từ sơ cấp sang thứ cấp của biến dòng sẽ có sai số so với dòng điện của
máy biến áp. Do đó rơle số/ kĩ thuật số được sử dụng với hệ số bù tỉ số cho mỗi
biến dòng. Nếu máy biến áp có sử dụng nấc phân áp thì hệ số điều chỉnh phải được
chọn thích hợp với mức phân áp ở giữa, và phải đảm bảo khi thay đổi nấc phân áp
không phải nấc giữa thì hệ thống sẽ không hoạt động sai.

 Cài đặt hãm


Cài đặt dòng hãm cho bảo vệ sai lệch để đảm bảo ổn định khi có các sự cố
bên ngoài vùng bảo vệ nhưng bảo vệ vẫn nhạy đối với các sự cố trong vùng
bảo vệ.



Khi máy biến áp có nấc phân áp, các tỉ số biến dòng và các hệ số bù được
chọn khi nấc phân áp ở giữa, khi thay đổi nấc phân áp thì bảo vệ có thể hiểu
nhầm là sự cố trong vùng bảo vệ do các dòng sai lệch. Bằng cách chọn dòng
hãm nhỏ nhất lớn hơn tổng của mức phân áp lớn nhất của máy biến áp và
các sai số của biến dòng, như vậy có thể tránh được hoạt động sai.



Được đặc tính của rơle có 3 phần:


-

Phần thứ nhất được đặt lớn hơn dòng điện từ hóa khi đóng điện không tải

-

Phần thứ 2 được đặt khi thay đổi các nấc phân áp

-

Phần thứ 3 thì dốc hơn khi xảy ra các sự cố.

 Máy biến áp nhiều cuộn dây
Áp dụng bảo vệ so lệch


Máy biến áp 3 cuộn dây có 1 cuộn nối với nguồn cấp, 2 cuộn dây còn lại nối
với tải. thì cách đấu biến dòng :



Máy biến áp có nhiều hơn 1 nguồn cấp thì đấu



Máy biến áp có 1 cuộn dây đấu tam giác và không có đầu ra thì đấu như đối
với máy biến áp 2 cuộn dây.

9.Bảo vệ sai lệch để ổn định khi có dòng điện từ hóa tăng đột ngột
Hiện tượng từ hóa tăng đột ngột xảy ra khi đóng điện không tải máy biến áp, bảo vệ
sai lệch sẽ không phân biệt được với sự cố trong vùng bảo vệ. các phương pháp để
tránh tác động nhầm.

 Thời gian trễ


Vì hiện tượng trên là quá độ nên có thể ổn định hệ thống bằng cách làm trễ thời gian
hoạt động, nhưng nó cũng sẽ làm trễ đối với các sự cố bên trong vùng bảo vệ nên
người ta ít dùng tới biện pháp này.

 Hãm họa tần


Dòng từ hóa tăng vọt thường hay bị hiểu nhầm là dòng sự cố bên trong vùng
bảo vệ, nhưng nếu xét các dạng sóng dòng điện sẽ phân biệt được.



Dòng điện từ hóa tăng vọt gồm tất cả các dạng sóng hài. Tuy nhiên chỉ có
dạng sóng bậc 2 được lấy để phân biệt.



Đây là thành phần có trong tất cả các dòng điện từ hóa tăng vọt. Thành phần
này có dạng không sin.



Dòng sự cố thông thường không có thành phần sóng hài bậc 2 hay các sóng
hài bậc chẵn. Nhưng khi các biến dòng bị bão hòa bởi các dòng điện sự cố
thì thành phần sóng hài bậc chẵn sẽ được đưa vào dòng điện ngõ ra.



Vì vậy dòng điện sai lệch sẽ được lọc ra thành phần sóng hài bậc 2 và thành
phần này được đưa vào cuộn hãm để hãm tránh tác động nhầm của hệ thống
khi có hiện tượng dòng điện từ hóa nhảy vọt do đóng điện không tải, cần chú
ý chọn các biến dòng đủ lớn để tránh các biến dòng bị bão hòa làm trễ hoạt
động cắt của rơle

 Inrush detection blocking- kĩ thuật tìm khoảng cách

Đường đặc tính của dòng điện nhảy vọt có một khoảng thời gian trong một chu kì có
giá trị dòng điện bằng 0




Thời gian nhỏ nhất theo lí thuyết mà dòng điện bằng 0 được tính là bằng ¼
chu kì. Và ta dùng bộ timer t1 được đặt bằng 1/(4f) để tìm khoảng dòng điện
bằng 0. Bộ timer t1 sẽ cho ngõ ra khi thời gian dòng điện bằng 0 vượt quá
1/(4f) giây .



Khi giá trị tức thời của dòng sai lệch lớn hơn giá trị của ngưỡng cài đặt thì bộ
timer sẽ được reset.



Vì khoảng thời gian dòng điện bằng 0 xảy ra ở cuối chu kì, vì vậy phải làm trễ
đi hoạt động của rơle 1 khoảng thời gian t2=1/f để kiểm tra điều kiện dòng
bằng 0. Timer 2 sẽ đếm lại khi có tín hiệu từ timer 1. Timer 1 và timer 2 đếm
khi có dòng bằng 0.



Cụ thể là khi không có dòng điện chảy qua hay là khi dòng là đường đặc tính
của dòng từ hóa nhảy vọt thì timer 1 sẽ đưa tín hiệu đến timer 2, timer 2 sẽ
reset liên tục, không có tin hiệu ngõ ra và hoạt động của rơle sẽ bị khóa. Khi
dòng sai lệch vượt ngưỡng cài đặt thì timer 1 sẽ bi reset liên tục và không
đưa được ngõ ra, timer 2 sẽ đếm hết khoảng thời gian 1 chu kì và sẽ đưa ra
tín hiệu cắt.

10.Kết hợp bộ bảo vệ sai lệch và bộ bảo vệ chạm đất hạn chế
Ưu điểm của việc kết hợp thêm bộ bảo vệ chạm đất hạn chế là tăng khả năng bảo
vệ cuộn dây, nếu dòng hoạt động bằng 20% của dòng định mức thì bảo vệ sai lệch

chỉ có thể bảo vệ 42% cuộn thì nếu có thêm bảo vệ chạm đất hạn chế có thể tăng
đến 80% của cuộn dây

Kết hợp bảo vệ sai lệch và bảo vệ chạm đất hạn chế dùng rơle dạng số sẽ tự động
bù pha và bụ tỉ số bằng phần mềm trong rơle
Nếu không dùng phần mềm có thể dùng biến dòng tổng hoặc biến dòng phụ.


 Ứng dụng khi máy biến áp nối đất được nối trong vùng bảo vệ




Người ta thường nối máy biến áp nối đất ở những biến áp truyền tải có cuộn
thứ cấp nối tam giác. Do nối tam giác nên các thiết bị đo lường sẽ không phát
hiện được sự cố do có không có dòng chạm. Nhưng đối với các sự cố ngoài
vùng bảo vệ thì dòng thứ tự không sẽ khép mạch qua máy biến áp nối đất và
sẽ gây ra dòng sai lệch làm tác động không mong muốn.



Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng ICT có tỉ số 1/0.3333 để loại bỏ
dòng điện thứ tự không từ ngõ ra của biến dòng. Rơle dạng số sẽ sử dụng
phần mềm để loại bỏ đi thành phần này.



Nếu không sử dụng ICT có tỉ số biến dòng 1/0.3333 thi người ta dùng máy
biến áp có cuộn dây thứ ba nối tam giác hở để loại trừ thành phần thứ tự 0.



Ngoài ra có thể kết hợp thêm bảo vệ chạm đất hạn chế được nối như hình.


11. Bảo vệ máy biến áp nối đất:





Máy biến áp nối đất được dùng để tạo trung tính giả cho hệ thống mà các
máy điện có cuộn nối  . Nhờ vậy, khi có sự cố chạm đất, dòng chạm đất sẽ
đi qua máy biến áp nối đất, các thiết bị đo lường sẽ nhận biết được sự cố và
tác động, ngắt máy khỏi lưới.
Ta xét máy biến áp được đặt nằm riêng biệt cần được bảo vệ riêng. Sơ đồ
bảo vệ:
A
B
C

I>

Earthing transformer

Máy biến áp nối đất trong trường hợp này được nối zig-zac nhằm loại bỏ từ
thông. Giải thích [1]:


Máy biến áp gồm 3 pha, mỗi pha chia thành 2 cuộn dây bằng nhau
(như vậy MBA sẽ có 6 cuộn dây bằng nhau)
 Cách mắc:
 Đầu cuối cuộn dây 1 của pha A nối với đầu cuối cuộn dây 2 pha
B
 Đầu cuối cuộn dây 1 của pha B nối với đầu cuối cuộn dây 2 pha
C
 Đầu cuối cuộn dây 1 của pha C nối với đầu cuối cuộn dây 2 pha
A
 Đầu đầu 3 cuộn dây 1 của 3 pha nối vào 3 pha của lưới điện
 Đầu đầu 3 cuộn dây 2 của 3 pha nối chung tạo thành điểm trung
tính và nối đất
 Như vậy, khi có sự cố chậm đất, dòng chạm đất sẽ chạy qua điểm nối
đất trở về máy biến áp, và dòng chạm đất sẽ chia đều ra 3 pha. Vậy khi
xét trong từng pha, dòng điện trong mỗi cuộn dây (của 1 pha) sẽ chạy
ngược chiều nhau. Từ thông sinh ra từ 2 dòng điện đó sẽ ngược và
khử lẫn nhau, vì vậy không có sự thay đổi từ thông khi có sự cố
(
) => không có hiện tượng cản trở dòng điện => MBA và hệ thống
vẫn hoạt động bình thường và duy trì điện áp như lúc hoạt động bình
thường.






MBA nối đất thường được thiết kế để có thể chịu được dòng sự cố lớn
nhất mà vẫn an toàn trong 30s.

Để bảo vệ khi có sự cố bên trong máy biến áp nối đất, ta dùng biến dòng nối
tam giác kết hợp với Rơle quá dòng 3 phần tử [2].
 Khi hoạt động bình thường, dòng tương đương sẽ chạy trong mạch tam
giác của biến dòng và không có dòng điện đi qua Rơle (ngoại trừ dòng
từ hóa và dòng rất nhỏ do sai số trong biến dòng) nên Rơle sẽ không
tác động.

[3]

* Ở đây dùng hình sự cố ngoài MBA để minh họa, trường hợp hoạt
động bình thường, MBA hoạt động tương tự nhưng dòng điện ngược
chiều với trường hợp trên (tức là sơ đồ này chỉ bảo vệ khi có sự cố
trong MBA).
 Dòng điện chỉ đi qua Rơle khi có sự cố trong MBA, vì vậy Rơle cần
phải được thiết lập bảo vệ nhanh và nhạy để chống lại sự cố.
[4]


12. Bảo vệ máy biến áp tự ngẫu:



Máy biến áp tự ngẫu dùng để nối các mạng điện siêu cao áp khi tỉ số điện áp
của chúng là tương đương (không chênh lệch nhau quá nhiều).
Một cách có thể thay thế cho bảo vệ so lệch là áp dụng định luật Kirchhoff
cho mạng điện. Nghĩa là tổng dòng điện từ các nhánh bên ngoài vào mạng
điện bằng 0.



Các máy biến dòng (cùng tỉ số biến dòng) được đặt ở 2 đầu đường dây kết
nối và tại cuối điểm trung tính. Khi sử dụng 1 biến dòng trung tính, thì nó và
các biến dòng đường dây sẽ được nối song song với Rơle 1 phần tử. Sơ đồ
bảo vệ như vậy chỉ đáp ứng sự cố chạm đất.



Nếu biến dòng được đặt tại cuối trung tính mỗi cuộn dây và sử dụng Rơle 3
phần tử, điều này thực hiện một hệ thống bảo vệ so lệch, tạo ra bảo vệ đầy
đủ, đáp ứng lại sự cố chạm pha và chạm đất.