Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa: Chương 8 - Đặng Tuấn Khanh (2014)

SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Chương 8: BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Đại học quốc gia Tp.HCM
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

21
8.1 Nguyên tắc hoạt động và vùng bảo vệ
8.2 Đặc tuyến khởi động
8.3 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch
giữa các pha
8.4 Cách chọn UR và IR đưa vào rơle để phản ánh ngắn mạch
chạm đất
8.5 Bảo vệ khoảng cách 3 cấp
8.6 Các ảnh hưởng làm sai lệch
8.7 Đánh giá bảo vệ khoảng cách

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Company

LOGO
GV : ĐẶNG TUẤN KHANH
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

1

8.1. Nguyên tắc hoạt động

Z R  Z kd
Khi bình thường, điện áp rơle gần điện áp định mức và dòng qua
rơle là dòng tải cho nên tổng trở rơle đo có giá trị lớn và rơle không
tác động.
Khi NM điện áp giảm còn dòng tăng cao cho nên tổng trở
rơle đo được nhỏ nên rơle tác động.

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

2

8.2. Đặc tuyến khởi động

Bảo vệ khoảng cách cần các tín hiệu là dòng điện, điện áp và góc
lệch φ giữa chúng.
BVKC xác định tổng trở từ chỗ đặt BV đến điểm NM từ các tín
hiệu trên, tác động khi:

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

3

Z R  Z kd
Từ phương trình ta thấy miền tác động là hình tròn tâm O bán
kính Zkd  Đặc tính tác động vô hướng
Rơle tổng trở có hướng dùng phổ biến là loại thêm cuộn dây

cường độ phụ quấn lên trên lõi thép. Từ thông phụ ngược chiều với
từ thông do cuộn áp sinh ra khi dòng điện đi theo hướng dương –
hướng tác động. Khi đó nó khữ bớt Momen do điện áp sinh ra và cho
phép tiếp điểm đóng lại. Khi dòng điện ngược lại thì từ thông phụ
cùng chiều từ thông điện áp nên khóa lại.
Tùy theo tương quan giữa từ thông phụ và từ thông điện áp
mà tâm hình tròn di chuyễn khỏi góc tọa độ. Loại phổ biến là có
cung tròn đi qua góc tọa độ đặc tính MHO. Góc nhạy nhất
khoảng 600 đến 850
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

4

1


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.2. Đặc tuyến khởi động

8.2. Đặc tuyến khởi động

Hình tròn:

Z kd  z kd e j R

Mho:

Z kd  z kdm cos( CR   R )

Elip:

Z R  Z b  Z R  Z d  2 a  2 zcRm

Lệch tâm:

ZR 

Điện kháng:

Z kd  jxkd  jz Ckd sin   jxCkd  const

Z kd  z kd e j R

Z CR1  Z CR2
Z  Z CR2
 CR1
0
2
2

R

Z DZ  RDZ  jX DZ  (0.17  j 0.4).LDZ

Đa giác: Thực tế thường dùng, dùng kỹ thuật vi xử lý
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

5

  0.43  LDZ  67 0

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

8.2. Đặc tuyến khởi động

6

8.2. Đặc tuyến khởi động

jX

Hình MHO:

jX

Hình tròn:

Hình Elip:

jX

Z R  Z b  Z R  Z d  2 a  2 zcRm

Z kd  z kdm cos( CR   R )

R

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

R

7

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

8

2


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.2. Đặc tuyến khởi động

8.2. Đặc tuyến khởi động

jX

Hình Điện Kháng:

Hình Elip:

jX

R
Z kd  jxkd  jz Ckd sin   jxCkd  const

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

R

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

9

8.3. Chọn UR và IR

8.3. Chọn UR và IR

Phân tích sự cố NM ba pha:
CT

VT

RƠLE
21A

IR
IA-IB

UR
UAB

21B
21C

IB-IC
IC-IA

UBC
UCA

10

(3)
I R  3 I NM

(3)
U R  3U P  3.I NM
.Z

ZR 

UR
Z
IR

Khi N(3) tất cả 3 rơle đều tác động đúng

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa

GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

11

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

12

3


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.3. Chọn UR và IR
400 : 5

2000 A

Phân tích sự cố NM hai pha B-C:

A

( 2)
I RB  I B  I C  2 I NM

B
C

Rơ le B:

25A

( 2)
U RB  U BC  2.I NM
.Z

U A  0  I NM  A .Z

Z RB 

U RB
Z
I RB

U B  0  I NM  B .Z

Rơle B tác động đúng

Bảo vệ rơ le và tự động hóa
13

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

14

8.3. Chọn UR và IR
400 : 5

2000 A

Phân tích sự cố NM hai pha B-C:

( 2)
I RA  I A  I B  I NM

A
B

Rơ le A, C:

C

25A

U RA  U BC

( 2)
I RC  I C  I A  I NM

U RC  U BC

U A  0  I NM  A .Z
U B  0  I NM  B .Z
Bảo vệ rơ le và tự động hóa
15

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

Z RA 

UR
Z
IR

Z RC 

UR
Z
IR

Rơle A, C không tác động
Tương tự khi có sự cố NM hai pha
chạm đất.
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

16

4


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.4. Chọn UR và IR

8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp

21N
CT

RƠLE

IR0

UR0

21N-A
21N-B

IA + 3kCI0
IB + 3kCI0

UA
UB

21N-C

IC + 3kCI0

UC

KC 

Vùng bảo vệ:

VT

Vùng I: 80 – 90% đường dây được bảo vệ
Vùng II: Hoàn toàn đường dây được bảo vệ và 50% đường
dây kề sau có tổng trở nhỏ nhất

Z L 0  Z L1
3Z L1

Vùng IIIF: 120% (đường dây được bảo vệ + đường dây kề
sau có tổng trở lớn nhất)

Hệ số bù áp dụng cho đường dây truyền tải đơn

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

17

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

18

8.5. Bảo vệ khoảng cách 3 cấp

1Ω

1Ω
100A

C

B

A

100A

20 Ω

15Ω

60 Ω

45 Ω

Bảo vệ cấp I
D

21

21

Bảo vệ cấp II

20 Ω
60 Ω

Bảo vệ cấp III

150A

100A

Isc = 200A
Itc = 1A
k = 0.3

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

21

Isc = 80A
Itc = 1 A
k = 0.3

19

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

20

5


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Cấp I

Tổng trở khởi động:

Cấp II

Z kdI  k at Z

Tổng trở khởi động:

Z kdII  k at' ( Z1 

Độ nhạy:

k nh 

Thời gian tác động: gần bằng không

Vùng bảo vệ: khoảng (80% - 90%) Z

Z kdII
 1.2
Z1

Độ nhạy không thỏa phải chọn phối hợp với cấp II kề sau nó

Z kdII  k at' ( Z1 
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

k at I
Z2 )
k pd

k at II
Z2 )
k pd

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

21

Cấp II

22

Cấp III

Tổng trở khởi động

Thời gian tác động:

t1II  t1I  t
Z lamviec min 

Z kdIII 

Z lamviec min
k at ktv k mm

U min
; U min  (0.9  0.95).U dm
3.I lv max

t1II  t 2II  t
Vùng bảo vệ:

Thời gian tác động:

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

23

t1III  t 2III   t

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

24

6


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Cấp III

Độ nhạy:

k nh 

Qui về phía thứ cấp

Z kdIII
 1.5
Z1

UR 

Dòng điện vào rơle:

IR 

Tổng trở rơle đo:

Z kdR 

Vùng bảo vệ:

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

25

Cài đặt BV khoảng cách chống chạm đất

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

k sdBI .I

n BI

nBI k sdBU
Z kd
nBU k sdBI

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

26

8.6. Các yếu tố ảnh hưởng sai lệch

Tương tự như chống chạm pha nhưng có thêm hệ số bù kc

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

k sdBU .U
nBU

Điện áp vào rơle:

8.6.1 Ảnh hưởng của góc pha đường dây gay vượt tầm
8.6.2 Ảnh hưởng của điện trở quá độ tải điểm NM gay dưới tầm
8.6.3 Ảnh hưởng của phân dòng gay quá tầm hoặc dưới tầm
8.6.4 Ảnh hưởng của điện áp đặt vào rơle
8.6.5 Sai số đo lường
8.6.6 Ảnh hưởng của cách nối dây MBA động lực đặt giữa chỗ
đặt bảo vệ và chỗ NM
8.6.7 Ảnh hưởng của dao động điện
8.6.8 Ảnh hưởng tụ bù dọc

27

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

28

7


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng góc pha đZ

Ảnh hưởng R quá độ

Góc chỉnh định của rơle thường lấy bằng góc pha đường dây. Do
nhiều nguyên nhân (nhiệt độ, chọn nấc rơle, tính toán) nên 2 góc này
sẽ không bằng nhau. Khi đó:

Khi NM ba pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt
vào rơle tăng thêm một lượng Ra: ZR = ZL + Ra

 tacdongR   kdR cos( kdR   duongday )

Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd nên tổng trở đặt
vào rơle tăng thêm một lượng 0.5Ra:

Như vậy ZtacdongR < ZkhoidongR có nghĩa là vùng tác động bị kéo dài
ra so với trị số đặt và bảo vệ tác động vượt quá vùng chỉnh định, ta
gọi đó là quá tầm.
Mức độ quá tầm tính theo phần trăm:
k quatam %  100%(

cos( kdR

ZR 

.



.

2I NM ZL  I NM Ra
.

IR

2I NM

1
 ZL  Ra
2

Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm
ZtacdongR > ZkhoidongR

1
 1)
  duongday )

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

.

.

UR

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

29

Ảnh hưởng R quá độ

30

Ảnh hưởng R quá độ

Khi NM hai pha thông qua điện trở quá độ Rqd với mạng 2 nguồn

Tổng quát:
Z R  Z L  kRa

Z R  Z L  kRa

Mức độ quá tầm tính theo phần trăm:

Như vậy, vùng tác động bị thu hẹp hay gọi là dưới tầm
ZtacdongR > ZkhoidongR

IG
~

~
Ra

 100%(

Ik

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

k duoitam %  100%(

I
k k
IG

31

( Z kd  kRa )
 1)
Z kd

kRa
)
Z kd

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

32

8


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng sự phân dòng

Ảnh hưởng sự phân dòng

Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường
dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống
nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm.
Ví dụ:

Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường
dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống
nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm.
Ví dụ:

I kA

Mức độ quá tầm tính theo phần trăm:

kduoitam %  100%(

( Z kd  k pd Z Lkesau )

kquatam %  100%(

 1)  100%(

Z kd

k pd Z Lkesau
Z kd

~

k pd RLsau
Z kd

Ik

I kB

)

~
Gay ra hiện tượng dưới tầm

)

k duoitam %  100%(

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

( Z kd  k pd Z L 2 )
Z kd

 1)  100%(

k pd Z L 2
Z kd

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

33

Ảnh hưởng sự phân dòng

)
34

Ảnh hưởng điện áp đặt vào Rơle

Khi mạng điện có nhiều nguồn và nhiều nhánh thì khi một đường
dây nhánh rẻ có nguồn, dòng điện NM trên toàn mạng không giống
nhau. Nó sẽ gay ra quá tầm và dưới tầm.
Ví dụ:
I

k

Xét hệ thống có điện áp US và tổng trở ZS cấp cho đường dây
được bảo vệ ZL, khi xảy ra NM trên đường dây ta có:
.
.

.
US
1
U R %  I R ZL 
ZL 
US
ZS  ZL
1  SIR

I kA
~

SIR 

.

ZS
ZL

system impedance ratio

Gay ra hiện tượng quá tầm

k quatam %  100%(

k pd Z L 2
Z kd

)

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

35

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

36

9


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Sai số đo lường

Ảnh hưởng cách đấu dây MBA

Sai số BI và BU có ảnh hưởng đến trị số ZR và góc pha φR và do

đó làm thay đổi vùng tác động của rơle.
Đối với BI cần kiểm tra đường cong bội số giới hạn. (Kiểm tra
đường cong sai số 10% khi có NM ba pha trực tiếp tại cuối vùng bảo
vệ)
Đối với BU cần chọn dây nối đủ tiết diện để tránh sụt áp lớn làm
ảnh hưởng đến giá trị và góc pha của UR

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

37

Ảnh hưởng dao động điện

MC

xdd

x MF 2

E1

E2
MF2

MF1

M
E1
ΔE

I dd

E



sin  I dd max sin
X GH
2
2

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

38

Bảo vệ không tác động khi có dao động.
Để bảo vệ không tác động ta cần thực hiện:
Chọn đặc tuyến khởi động không chứa tâm dao động (cấp I)
Bảo vệ tác động với thời gian trì hoãn khoảng 1 đến 2 s
(khi không gay ảnh hưởng đến tính ổn định hệ thống
Khóa tự động khi có dao động, dựa vào tốc độ thay đổi tổng
trở. Khi dao động tốc độ thay đổi tổng trở chậm hơn so với ngắn
mạch

δ
E2

Như vậy dòng dao động triệt tiêu khi = 0 độ, cực đại khi =
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Nếu tổ đấu dây của MBA Y – Δ hoặc Δ– Y thì rơle tổng trở sẽ
làm việc khác đi, vì khi NM hai pha sau MBA dòng điện phía sơ cấp
và thứ cấp của MBA khác nhau về trị số và góc pha.

Ảnh hưởng dao động điện

Dao động là trạng thái mất đồng bộ giữa hai nguồn điện hoặc hai
bộ phận chứa nguồn trong hệ thống điện. Xét hai nguồn G và H có
sức điện động EG và EH thông qua đường dây L có kháng điện xL.
x MF 1

Khi NM sau MBA có tổ đấu dây Y – Y thì rơle tổng trở sẽ làm
việc như trường hợp NM trên đường dây, tổng trở đặt vào rơle sẽ
bằng tổng số các tổng trở của đường dây và MBA.

Tâm dao động là M tại đây áp bằng 0, góc lệch bằng 180 độ
1800
39

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

40

10


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

Ảnh hưởng tụ bù dọc

Ảnh hưởng tụ bù dọc

Với đường dây dài cao áp và siêu cao áp người ta thường lắp bộ
tụ nối tiếp vào đường dây (tập trung hoặc phân tán theo chiều dài
đường dây) để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất.
Đặc trưng của mức độ bù dọc là hệ số kC. kC là tỷ số của XC bù
dọc và XL của đường dây (thường vào khoảng 0.25 đến 0.7). Ở Việt
Nam thì kC = 0.6.
Khi bù dọc thì ảnh hưởng đến rơle khoảng cách vì khi có NM sau
bộ tụ bù dọc thì rơle không thể thấy điểm NM và cả một đoạn đường
dây gần đó vì tổng trở đo được nằm sau lưng bảo vệ nên không tác
động được. Điều này có thể làm cho bảo vệ trước đó tác động sai
Thông thường thì tụ bù dọc được đặt tại thanh cái các trạm

Để ngăn việc tác động sai thì khi xảy ra NM ta cần nối tắc tụ điện
lại để trở lại bình thường tuy nhiên cần trì hoãn lại tác động khoảng
0.1s – 0.15s.
Ở các bộ tụ điện bù dọc hiện đại, người ta sử dụng hệ thống bảo
vệ bằng điện trở phi tuyến, khe phóng điện và máy cắt đấu song song
với bộ tụ. Khi có NM tùy theo điểm sự cố (độ lớn dòng NM) và thời
gian tồn tại sự cố mà các thiết bị này sẽ làm việc và nối tắc bộ tụ.
A

X CA

RL , X L

X CB

B

B

A

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

41

Ảnh hưởng tụ bù dọc

A

X CA

RL , X L

Ảnh hưởng hỗ cảm

B

X CB

Khi vận hành hai đường dây song song sẽ có hỗ cảm xuất hiện.
Hỗ cảm thành phần TTT và TTN nhỏ, hỗ cảm TTK lớn nên không
thể bỏ qua thành phần này khi cài đặt rơle.

2

3 1

42

X
Hỗ cảm gay sai số đo lường nên có thể gay quá tầm hoặc dưới

Z1II

B

tầm

Z1I
A

R

Z 3I
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

43

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

44

11


SINH VIÊN:............................................

4/22/2014

8.7 Đánh giá

Ưu điểm:
Đảm bảo tính chọn lọc trong mạng có cấu trúc bất kỳ
Thời gian tác động vùng I nhanh (quan trọng với tính ổn định hệ
thống)
Có độ nhạy cao
Khuyết điểm:
Sơ đồ phức tạp
Không tác động tức thời trên toàn bộ vùng bảo vệ
Cần thiết bị khóa khi dao động điện nên càng phức tạp
Bảo vệ rơ le và tự động hóa

BV rơle và tự động hóa
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH

45

Bảo vệ rơ le và tự động hóa

46

12