Bài giảng Bảo vệ rơle trong hệ thống điện - TS. Nguyễn Xuân Tùng

BẢO VỆ RƠLE
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Bộ môn Hệ thống điện
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
2/7/2012

Giảng viên: Nguyễn Xuân Tùng



Đề cương môn học

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

2

Giới thiệu chung
Chương 1:

Các phần tử chính của hệ thống bảo vệ rơle

Chương 2:

Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện

Chương 3:

Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

Chương 4:

Nguyên lý bảo vệ khoảng cách

Chương 5:

Các nguyên lý bảo vệ khác

Chương 6:

Bảo vệ các đường dây tải điện

Chương 7:

Bảo vệ các máy biến áp

Nguyễn
Tùng –vệ
Bm Hệ
thống
điện
Chương
8: XuânBảo
các
hệ
thống thanh góp
ĐHBK HN

Chương 9:

Bảo vệ các hệ thống tụ bù & kháng bù

Chương 10: Bảo vệ các máy phát & động cơ


3

Phần mở đầu
Giới thiệu chung


Khái niệm chung

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

4

Sự cần thiết phải có hệ thống bảo vệ tự động
Các sự cố diễn ra với tốc độ ánh sáng
Thời điểm & nguyên nhân gây sự cố không biết trước
Giông sét, hỏng cách điện, cành cây va chạm…

Phản xạ của con người không thể kịp thời
Các thao tác trong tình huống khẩn cấp không đảm bảo chính xác..

Cần thiết phải có hệ thống bảo vệ tự động cách ly các phần tử bị
sự cố hệ thống bảo vệ rơle (BVRL)
Rơle bảo
vệ là thiết bị:

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
HN
Tự động ghi ĐHBK
nhận
& phản ứng:

Tình trạng làm việc không bình thường của các thiết bị và hệ thống

Cách ly các phần tử bị sự cố (cắt máy cắt - MC)


Khái niệm chung

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

5

Thiết bị bảo vệ đơn giản nhất là các cầu chì (cầu chảy),
aptomat…

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN


Khái niệm chung

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

6

Thiết bị bảo vệ phức tạp hơn là các rơle với các nguyên lý khác
nhau:
Rơle quá dòng, so lệch, khoảng cách…

Rơle trải qua nhiều thế hệ phát triển

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Rơle điện cơ

Rơle tĩnh (bán dẫn)

Rơle kỹ thuật số


Các yêu cầu đối với hệ thống BVRL

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

7

Tin cậy
Là khả năng đảm bảo thiết bị làm việc đúng khi có sự cố và không tác
động ở chế độ bình thường

Chọn lọc

Phát hiện loại trừ đúng phần tử bị sự cố
N2nhánh

N1

I>

1

I>

2

N2

N3

I>

3

Sự cố tại N3: chỉ yêu cầu BV3 tác động, các BV còn lại sẽ trở về khi sự cố đã bị
Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
loại
trừ
ĐHBK HN
Sự cố tại N2nhánh: chỉ BV tại nhánh đó tác động đảm bảo chọn lọc

Với các lưới điện có cấu hình phức tạp:
Sử dụng các nguyên lý bảo vệ phức tạp hơn

Các yêu cầu đối với hệ thống BVRL

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

8

Tác động nhanh
Giảm thiểu tác hại của sự cố
Các bảo vệ tác động nhanh: thời gian tác động ≤ 50ms
Yêu cầu chọn lọc & tác động nhanh: mâu thuẫn với nhau trong một số
trường hợp
N1

I>

N2

I>

1

2

Để đảm bảo chọn lọc: tbv1> tbv2 > tbv3
Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Xử lý: đảm bảo sao cho thiệt hại tại phụ tải là nhỏ nhất
Dùng các nguyên lý bảo vệ khác

N3

I>

3


Các yêu cầu đối với hệ thống BVRL

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

9

Độ nhạy
Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle
Hệ số độ nhạy Kn:
Kn=

Giá trị rơle đo được khi sự cố
Giá trị khởi động của rơle

Bảo vệ chính
: Knmin= 1,5÷2
Bảo vệ dự phòng: Knmin= 1,2÷1,5

Tính kinh tế

Lưới điện phân phối: sử dụng các bảo vệ quá dòng đơn giản
Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
HN dụng bảo vệ so lệch dọc, bảo vệ khoảng cách, hai
Lưới truyền ĐHBK
tải: sử
bộ bảo vệ chính…
Máy biến áp hạ áp: bảo vệ bằng cầu chì
Máy biến áp truyền tải: bảo vệ bằng bảo vệ so lệch…


Cơ cấu của một hệ thống bảo vệ

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

10

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống BVRL
Biến dòng điện
(BI)
Máy cắt điện

tới tải
Tiếp điểm phụ MC
Nguồn thao tác

Cuộn
cắt

-

+
Khóa điều khiển

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Rơle

Kênh
thông tin

Biến điện áp (BU)

Với các hệ thống quan trọng: sử dụng hệ thống dự phòng kép
Hai cuộn cắt
Hai mạch cấp nguồn thao tác riêng, hai bảo vệ …


11

Chương 01
Các phần tử chính của hệ thống
bảo vệ


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

12

Tên gọi chung: BI, CT, TI
Nhiệm vụ:
Biến đổi tỷ lệ dòng điện sơ cấp thứ cấp (5A hoặc 1 A)
Cách ly mạch sơ cấp và thứ cấp
Tạo sự phối hợp dòng điện giữa các pha

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

BI cao áp

BI hạ áp

Sơ đồ nguyên lý


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

13

Sơ đồ thay thế

Zcuộn thứ cấp

Vthứ cấp
BI lý tưởng

Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa
Điện áp
xuất hiện phía thứ cấp
Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN
Vthứ cấp=Ithứ cấp*(Zcuộn thứ cấp+Zdây dẫn phụ + Zthiết bị nối vào)
Tải tăng
BI

Vthứ cấp tăng

tăng dòng từ hoá Ie

tăng sai số của


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

14

Qui ước cực tính
Cần thiết với : bảo vệ làm việc dựa theo
hướng dòng điện.
Cực tính cùng tên được đánh dấu : hình
sao, chấm tròn, chấm vuông...
Trên bản vẽ: cực tính cùng tên vẽ cạnh
nhau.

Xác định nhanh cực tính BI:
Coi chiều dòng điện đi từ phía sơ cấp qua
Xuânđổi
Tùng –chiều
Bm Hệ thống điện
rơleNguyễn
không
ĐHBK HN

Rơle


1.1

Máy biến dòng điện

15

Qui ước cực tính

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN


1.1

Bộ lọc dòng điệnthứ tự không (I0)

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

16

Đấu nối BI để lọc thành phần TTK
Dùng 3 BI riêng biệt
Ia

Vẽ rút gọn

Ib
3I0
Ic

Role

Role

I a + I b + I c = 3I0

Do sử dụng 3 BI riêng biệt nên sẽ có sai số giữa các BI
Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
Ở chế độ bình
phía sơ cấp là đối xứng: luôn có dòng điện chạy qua
ĐHBKthường,
HN
rơle do sai số của BI
Chỉ sử dụng đo dòng chạm đất lớn dùng ở mạng điện có dòng chạm đất lớn:
mạng điện trung tính nối đất trực tiếp


1.1

Bộ lọc dòng điệnthứ tự không (I0)

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

17

Đấu nối BI để lọc thành phần TTK
Dùng BI thứ tự không (Flux Summation CT hoặc Core Balance CT)
Biến dòng có một lõi từ hình xuyến
Cuộn dây được phân bố đều trên lõi
Dây dẫn sơ cấp chạy xuyên qua lõi từ (đường kính trong 10÷25 cm)

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Đấu sai

Đấu đúng


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

18

BI thứ tự không
Đấu đúng: dây nối đất vỏ cáp chạy xuyên qua lõi từ
Ngược lại - đấu sai: dòng điện chạy qua vỏ cáp có thể triệt tiêu
dòng điện sự cố (hoàn toàn hoặc một phần) và rơle có thể
không nhận được thông tin sự cố.

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện

ĐHBK HN

19

Đấu nối BI để lọc thành phần TTK
Ứng dụng của BI thứ tự không
Do chỉ sử dụng một lõi từ sai số đo lường rất nhỏ
Sử dụng cho các mạng điện có dòng chạm đất nhỏ (mạng điện có trung tính
cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang)

Do cả 3 pha chạy qua lõi từ đường kính lõi từ lớn kích thước BI lớn
thích hợp để trang bị với đường cáp hoặc đầu cực máy phát điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN


1.1

Ứng dụng thực tế của BI thứ tự không

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

20

Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao (Aptomat chống giật)

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

21

Tải danh định & Cấp chính xác
Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác
nhau.
Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuỳ
thuộc vào loại tải.
Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh, kVArh):
Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức.
Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện
Nguyễn Xuân
– Bm Hệ thống
Độ chính
xácTùng
thường
là: điện
0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC
ĐHBK HN
Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE.


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

22

BI dùng cho mục đích đo
lường
Với mục đích đo lường
Lõi từ sẽ bão hòa nhanh để
bảo vệ các dụng cụ đo khi
dòng điện sự cố tăng đột
biến.

BI dùng cho đo lường được
ký hiệu theo:

Cấp
chính
xác

Ứng dụng

Sai số giới hạn
Tại % dòng
định mức

Sai số độ lớn

%

Sai số góc
pha
(phút)

Phòng thí
nghiệm

Đo đếm
chính xác

Đo đếm
chính xác

Cấp chính xác
Tùng – Bm Hệ thống điện
CôngNguyễn
suấtXuân
định
mức
ĐHBK
HN

Đo đếm
thương mại

Đo đếm
chính xác

1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

23

BI dùng cho hệ thống bảo vệ rơle
Với mục đích bảo vệ rơle & ghi sự cố:
Độ chính xác thấp hơn so với loại dùng cho mục đích đo lường
Điện áp bão hoà cao hơn (khó bị bão hoà)
Cấp chính xác:
5P, 10P hoặc PR, PX hoặc TP (IEC)
C100-800 (IEEE).

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN


1.1

Máy biến dòng điện

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

24

Tìm hiểu thông số của BI
Với mục đích bảo vệ rơle

Cấp
chính
xác

Tại % tải định
mức

Có thêm thông số ALF: hệ
số giới hạn dòng điện theo
độ chính xác
Ví dụ: BI dùng cho mục
đích bảo vệ có ký hiệu

Ứng dụng

Sai số giới hạn
Tại % dòng
định mức

Sai số độ lớn
%

Sai số góc pha
(phút)

Chuẩn hóa

dụng cụ đo
trong công
nghiệp
Đồng hồ đo
Đồng hồ đo
Bảo vệ rơle

5P20 30VA
Bảo vệ rơle

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Cấp chính xác 5P

P: dùng cho mục
đích bảo vệ rơle
(Protection)

Công suất định mức 30VA

Hệ số giới hạn dòng: 20
Tại 20 lần dòng định mức, BI vẫn
đảm bảo sai số theo tiêu chuẩn

Bảo vệ rơle


1.1

Máy biến dòng điện

25

Tìm hiểu thông số của BI
Với mục đích bảo vệ rơle

5P20 30VA

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện
ĐHBK HN