Chương 6 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG

Chương 6
BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN
CÓ HƯỚNG

4


Bảo vệ dòng điện có hướng
Để đảm bảo và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, người ta
thường dùng mạng vòng hay nhiều nguồn cung cấp. Đối với mạng
điện này thì nếu không dùng thiết bị định hướng công suất thì tính
chọn lọc của bảo vệ sẽ không được đảm bảo.
Khi NM tại N1
N1
C

B

A
1

2

3

4

Thì BV2 cắt trước BV3

5

6.1. Nguyên tắc hoạt động
Khi NM tại N2
N2
C

B

A
1

2

3

4

Thì BV3 cắt trước BV2
Một bộ bảo vệ không thể có nhiều thời gian tác động cùng lúc
Như vậy ta thấy nếu không đặt thiết bị định hướng công suất thì
tính đảm bảo không chọn lọc.

6


6.1. Nguyên tắc hoạt động

7

6.1. Nguyên tắc hoạt động
Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ phản ứng theo giá trị dòng
điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh
góp của trạm có đặt bảo vệ. Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện vượt quá giá
trị định trước (dòng khởi động IKĐ) và góc pha phù hợp với trường hợp
ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.

Trường hợp tổng quát, bảo vệ dòng điện có hướng gồm 3 bộ phận chính:
khởi động, định hướng công suất và tạo thời gian . Bộ phận định hướng
công suất của bảo vệ được cung cấp từ máy biến dòng (BI) và máy biến
điện áp (BU). Để bảo vệ tác động đi cắt, tất cả các bộ phận của bảo vệ
cần phải tác động.
8


6.2. Phần tử định hướng công suất
Khảo sát các đồ thị vecto với chiều khác nhau của công suất ngắn
mạch đi qua bảo vệ số 2.
C

B

A
1

2

3

Điện áp vào rơle công suất là điện

áp thanh góp B làm gốc. Góc lệch pha
ϕ giữa dòng điện và điện áp dương
nếu I chậm sau U
Khi N1, công suất ngắn mạch qua
BV2 đi từ thanh góp B vào đường dây,
lúc này dòng qua role IR = IN1 giả thiết
góc lệch pha có giá trị dương

4
•

UB
•

UR

ϕ
•

I R N1
9


6.2. Phần tử định hướng công suất
N2
C

B

A

1

2

3

4
•

Khi N2, công suất ngắn mạch qua
BV2 đi từ đường dây vào thanh góp B,
lúc này dòng role IR bằng –IN2 (theo giả
thiết ban đầu) góc lệch pha có giá trị

UB
•

UR

ϕ ,= ϕ − 1800
Nối rơle định hướng công suất để nó khởi
động khi nhận được góc ϕ (công suất ngắn
mạch hướng từ thanh góp vào đường dây)
và không khởi động khi nhận được góc ϕ’
(công suất ngắn mạch hướng từ đường dây
vào thanh góp) và như vậy ta đã thực hiện
được bảo vệ có hướng.

•

ϕ,

I R N2

10


6.2. Phần tử định hướng công suất
Rơ le công suất có nhiệm vụ định hướng truyền công suất.
o
o

Đặt điện áp UR sinh từ thông ΦU
Cho dòng IR qua cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra từ thông ΦI
UR

α

φR
φU

ΦU
IR = ΦI

ψ

IR

IU
ΦR

IU = ΦU

IR

=
α 900 − ϕU

ψ
= ϕU − ϕ R
ϕR
ϕU

Là góc lệch ΦU và ΦI

Là góc lệch UR và IR
Là góc lệch IU và UR

IU
UR
M = K1Φ I ΦU sinψ = K 2U R I R sin(ϕU − ϕ R )
11


6.2. Phần tử định hướng công suất
=
M KW U R I R cos(α + ϕ R )

α= 90 − ϕU
Vùng tác động ứng với điều kiện.

cos(α + ϕ R ) > 0
−900 < α + ϕ R < 900
−(900 + α ) < ϕ R < 900 − α

Momen cực đại ứng với hướng nhạy nhất của rơle:

cos(α + ϕ R ) =
1
(α + ϕ R ) =
0

ϕ R =−α =
ϕU − 90
12


6.2. Phần tử định hướng công suất

Ví dụ rơle PBM 171

NM chạm pha

−250
650 − 900 =
nên ϕ Rnhay =

0
Thông thường ϕU = 65

IR

IR

ϕ Rnhay = −250

ϕU = 65

0

Ví dụ rơle PBM 177

ϕ Rnhay = −1100
ϕU = −200

UR

UR

NM chạm đất

Thông thường ϕU = −20

0

0
0
0
ϕ
=

−
20
−
90
=
−
110
nên Rnhay
13


6.2. Phần tử định hướng công suất
Rơ le định hướng sông suất có thể làm việc theo dòng và áp
toàn phần. Hay nó có thể làm việc theo dòng và áp thứ tự
Ta khảo sát sự phân cố công suất của các thành phần thứ tự

TTT
TTN

TTK
14


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Rơ le định hướng sông suất làm việc theo dòng và áp toàn
phần. Cần chọn sơ đồ sao cho dòng và áp đưa vào xác định đúng
hướng công suất NM đối với ngắn mạch bất kỳ và với độ nhạy lớn
nhất ϕR gần trùng với ϕRnhaymax
1.
2.

3.
4.

Sơ đồ 90
Sơ đồ 60 loại 1
Sơ đồ 60 loại 2
Sơ đồ 30

15


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Sơ đồ có độ nhạy cao với tất cả các dạng sự cố bất đối xứng

SƠ ĐỒ
90

Rơ le pha

UR

IR

A

UBC

IA

B

UCA

IB

C

UAB

IC

A
I A = IR

C

U BC = U R

B
16


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

17


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Ngắn mạch 3 pha đối xứng:

Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng các pha là giống nhau
Giả thiết rơle có góc α = 45o

Đường độ nhạy bằng 0 lệch với điện áp Ubc(3) một
góc 900 - 450 = 450
Góc ϕN(3) giữa Ia(3) và Ua(3) được xác định bằng
tổng trở thứ tự thuận một pha của phần đường
dây trước điểm ngắn mạch N và điện trở quá độ
rqđ ở chỗ hư hỏng.
Giá trị ϕN(3) nằm trong phạm vi 0 ≤ ϕN(3) ≤ 900
Ta thấy ở các giá trị ϕN(3) bất kỳ trong phạm vi
trên, rơle sẽ làm việc đúng nếu Ubc(3) có giá trị đủ
để rơle làm việc.
Khi góc ϕN(3) = 450 hướng véctơ dòng điện trùng với đường độ nhạy cực đại và do đó sơ
đồ sẽ làm việc ở điều kiện thuận lợi nhất. Khi chọn α = 0 sơ đồ có thể không tác động
khi ngắn mạch ở đầu đường dây qua điện trở quá độ rqđ.
18


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Vùng tác
động

Đường độ nhạy
cực đại

.
Va
.3 .

I N = IR

 Thực tế :
0 < ϕN< 900

.
.
Vbc = VR
Vùng không tác động

 Do đó:
-900 < ϕR < 0
 α là góc độ nhạy
cực đại.
19


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Ngắn mạch giữa 2 pha:
Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng
các pha hư hỏng là không giống nhau.
Ví dụ NM hai pha BC pha A không làm việc vì
IA=0
Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai
pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle số 2
có I2R = Ib(2) và U2R = Uca(2)
Các đường độ nhạy bằng 0 lệch với các áp
Uca(2) một góc 450.
Vị trí véctơ dòng Ib(2) lệch với sức điện động
Ebc một góc ϕN(2).

Góc ϕN(2) được xác định bằng tổng trở từ
nguồn sức điện động đến chỗ ngắn mạch kể cả
rqđ ; trị số của nó có thể thay đổi trong phạm vi
0 ≤ ϕN(2) ≤ 900 . Từ đồ thị ta thấy, trị số của điện
áp U2R luôn luôn lớn và rơle (số 2) làm việc
đúng đắn ở giá trị ϕN(2) bất kỳ.
20


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Ngắn mạch giữa 2 pha:
.
Va

Nonoperation
zone
.
Vbc

Operation
zone

.
.
IR = Ib

.
.
VR = Vca

The phasor diagrams of RW in Relay B

Maximum
Sensitivity
line


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Ngắn mạch giữa 2 pha:
Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai
pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle số 3
có có I3R = Ic(2) và U3R = Uab(2) .
Các đường độ nhạy bằng 0 lệch với các áp
Uab(2) một góc 450.
Vị trí véctơ dòng Ic(2) lệch với sức điện động
Ebc một góc ϕN(2).
Góc ϕN(2) được xác định bằng tổng trở từ
nguồn sức điện động đến chỗ ngắn mạch kể cả
rqđ ; trị số của nó có thể thay đổi trong phạm vi
0 ≤ ϕN(2) ≤ 900 .
Từ đồ thị ta thấy, trị số của điện áp U2R và U3R luôn luôn lớn và cả hai rơle (số 2 và
3) đều làm việc đúng đắn ở giá trị ϕN(2) bất kỳ.

22


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Ngắn mạch một pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp:

Ta khảo sát sự làm việc của rơle nối vào dòng pha hư hỏng (rơle số 1 khi ngắn mạch pha

A).

Trong trường hợp này Role pha A làm việc giống như trong NM 3 pha đối xứng
Qua đồ thị ta thấy, rơle nối vào dòng pha hư hỏng luôn luôn làm việc đúng.

23


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
Từ những phân tích trên có thể rút ra kết luận như sau đối với sơ đồ 900:
1) Sơ đồ có thể xác định đúng hướng công suất ngắn mạch trong các pha bị hư hỏng
đối với tất cả các dạng hư hỏng cơ bản. Để được như vậy rơle định hướng công
suất cần phải có góc lệch α ≈450.
2) Vùng chết chỉ có thể xảy ra khi ngắn mạch 3 pha gần chỗ nối bảo vệ (UR gần bằng
không).
3) Khi N(2) và N(1), các rơle nối vào dòng pha không hư hỏng có thể làm việc không
đúng do tác dụng của dòng phụ tải và dòng hư hỏng trong các pha này.
Vì vậy cần phải làm thế nào để sơ đồ vẫn làm việc đúng dù cho có một vài rơle tác
động nhầm do dòng các pha không hư hỏng.
4) Khi ngắn mạch không đối xứng sau MBA (Y/∆ hoặc ∆/Y) do lệc pha có thể làm bộ
phaanuj định hướng tác động sai

24


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

Rơ le pha

UR

IR

A

UAC

IAB

B

UBA

IBC

C

UCB

ICA

SƠ ĐỒ
60
Loại 1

I AB = I R
U AC = U R

25

6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất

SƠ ĐỒ
60
Loại 2

Rơ le pha

UR

IR

A

-UC

IA

B

-UA

IB

C

-UB

IC

I A = IR
UR
−U C =

26


6.3. Sơ đồ nối rơle định hướng công suất
SƠ ĐỒ
30

Rơ le pha

UR

IR

A

UAC

IA

B

UBA

IB

C

UCB

IC

I A = IR
U AC = U R

Tuy nhiên các sơ đồ này có một số nhược điểm so với sơ đồ 900, do vậy sơ đồ 900được
sử dụng rộng rãi hơn.
27


6.4. Thời gian làm việc
Tương tự như bảo bảo vệ 50/51
Ta phải tiến hành tính toán theo 2 chiều cho các bảo vệ rơle
Bảo vệ dòng có hướng thường được thực hiện với đặc tính thời gian độc
lập, thời gian làm việc của các bảo vệ được xác định theo nguyên tắc bậc
thang ngược chiều nhau.

28