đồ án môn học bảo vệ rơle

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................2
PHẦN 1: XÁC ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ, CHỌN BI PHỤC VỤ BẢO VỆ............3
1.1 Xác định đối tượng bảo vệ.....................................................................................3
1.2 Chọn biến dòng cho bảo vệ....................................................................................3
PHẦN 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG
DÂY................................................................................................................................ 5
2.1 Xây dựng các phương thức bảo vệ cho máy biến áp..............................................5
2.2 Xây dựng phương thức bảo vệ cho đường dây.......................................................8
PHẦN 3: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠLE..............................................................9
3.1 Bảo vệ quá dòng điện.............................................................................................9
3.2 Bảo vệ so lệch/so lệch có hãm (87T)....................................................................13
3.3 Rơle khí Buchholz................................................................................................15
3.4 Rơle nhiệt.............................................................................................................16
PHẦN 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.........................................................................18
4.1 Tính điện kháng tương đương và lập sơ đồ thay thế.............................................18
4.2 Xác định các điểm ngắn mạch tính toán...............................................................20
4.2.1 Tính Dòng Ngắn Mạch Của Mạng Điện Ở Chế Độ Cực Đại.........................20
4.2.2 Tính Dòng Ngắn Mạch Của Mạng Điện Ở Chế Độ Cực Tiểu........................23
PHẦN 5: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VÊ, KIỂM TRA SỰ
LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ...........................................................................................27
5.1 Bảo vệ quá dòng có thời gian...............................................................................27
5.2 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (51N)...............................................31
5.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)...........................................................................31
5.4 Xác định vùng bảo vệ...........................................................................................32
5.4.1 Phương pháp đồ thị........................................................................................32
5.4.2 Phương pháp đại số........................................................................................32

1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế hiện đại ngày nay năng lượng điện năng là nguồn năng lượng vô
cùng quan trọng, việc xây dựng các nhà máy điện và hệ thống truyền tải đang trở thành
gánh nặng của quốc gia. Trong các phụ tải điện còn có những phụ tải quan trọng không
thể mất điện trong thời gian lâu dài, các thiết bị điện đắt tiền cố thể bị hư hỏng nếu xảy
ra sự cố và không được loại bỏ ngay phần tử bị sự cố. Để thực hiện nhiệm vụ loại bỏ
một cách nhanh nhất phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống cần có hệ thống bảo vệ rơ le
làm việc an toàn.
Là một sinh viên chuyên ngành hệ thống điện không thể không nghiên cứu tìm hiểu
bộ môn “Bảo vệ rơle trong hệ thống điện”. Môn học đã mang lại cho sinh viên những
kiến thức cơ bản nhất của kỹ tuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các nguyên tắc tác
động, cách thực hiện các bảo vệ thường gặp cũng như các chế độ hư hỏng và làm việc
không bình thường điển hình nhất của hệ thống điện và các loại bảo vệ chính đặt cho
nó.
Đồ án “Bảo vệ rơle” giúp sinh viên hệ thống lại toàn bộ kiến thức được học và tiếp
cận với một số loại rơle trong thực tế. Những kiến thức này sẽ là nền tảng cho quá trình
tiếp cận thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thấy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là
sự hướng dẫn tận tình của cô Vũ Thị Anh Thơ đã giúp em hoàn thành đồ án này. Do
thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên bài làm của em không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các
thầy cô cho bài làm của mình hoàn thiện hơn.

Hà nội, ngày 12 tháng 6 năm 2020
Sinh viên thực hiện

2

PHẦN 1: XÁC ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ, CHỌN BI PHỤC VỤ BẢO VỆ

1.1 Xác định đối tượng bảo vệ

Trạm biến áp 110/22 (Kv) với các thông số:
Thông số hệ thống:
SNmax = 1900 (MVA)

SNmin = 1600 (MVA)

X0HT/X1HT = 1.4

Thông số máy biến áp:
SBđm = 25 MVA

UN% = 10.5%

Thông số đường dây:
L1 = 8km

L2 = 5km

Tổng trở dây AC-70

dây AC-70

X0L/X1L = 2

Z = 0.46+j0.425

Thông số phụ tải:
P1max = 5 (MW)

P2max = 8 (MW)

cos� = 0,9

Đặc tính thời gian tác động:
t=

∆t = 0,5 (s)

3

tp = 0,5 (s)


1.2 Chọn biến dòng cho bảo vệ

Các biến dòng điện cần đặt:
Do hai MBA có thông số giống nhau, nên chỉ cần chọn cho 1 MBA máy kia chọn
thiết

bị có thông số tương tự

BI1: Đặt ở phía cao áp MBA
BI2: Đăt ở hạ áp MBA
BI : Đặt ở trung tính phía cao áp MBA. Chọn giống thông số BI1
3
BI : Đặt trên đường dây 1 được bảo vệ

4
BI5: đặt trên đường dây 2 được bảo vệ
Dòng điện sơ cấp của BI: Chọn theo dòng làm việc lớn nhất của thiết bị (I
đối với MBA
đối với đường dây

chọn tỉ số biến dòng phù hợp:
BI1 Ilv1max = = = 0,1757 (kA)
BI2 Ilv2max = = = 0,842 (kA)
BI3 chọn giống BI1
BI4 Ilvmax= = = 0,3474 (kA)
BI5 Ilvmax= = = 0,2138 (kA)
Tỉ số biến dòng phù hợp cho các biến dòng là
4

lvmax

)


BI1 và BI3: 200/5
BI2: 1000/5

BV4: 400/5

BV5: 250/5

PHẦN 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG
DÂY
2.1 Xây dựng các phương thức bảo vệ cho máy biến áp

a, Các sự cố máy biến áp?
-

Sự cố bên trong
Chạm chập giữa các vòng dây
Ngắn mạch giữa các cuộn dây
Ngắn mạch một pha hay nhiều pha trong hệ thống
Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp
Nhiệt độ dầu MBA tăng cao

-

Sự cố bên ngoài
Thùng dầu bị hỏng hoạc dò dầu
Vỏ MBA chạm đất và ngắn mạch chạm đất
Quá tải, Bão hoà mạch từ

b, Các yêu cầu đối với bảo vệ máy biến áp?

Để được dùng phổ biến nhất để bảo vệ phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản
sau đây: Tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, nhạy, tính kinh tế.
- Tin cậy: Tin cậy là tính năng, đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc
chắn. Người ta phân biệt:
Độ tin cậy khi tác động: Đó là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác
động đúng: Hay là khả năng làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được
xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.
5


Độ tin cậy không tác động: Là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơ le sẽ

không làm việc sai. Hay là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong
phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.
Trên thực tế, độ tin cậy có thể kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán và thực
nghiệm, còn độ tin cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận
hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của bảo vệ không thể lường
trước hết được.
Để tăng độ tin cậy, nên sử dụng các rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản, chắc
chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng cũng như tăng cường mức độ dự phòng
trong hệ thống. Thống kế vận hành cho thấy hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện
hiện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%.
- Chọn lọc: Chọc lọc là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần
tử bị sự cố ra khỏi hệ hống. Cấu hình hệ thống điện càng phức tạp, việc đảm bảo tính
chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.
Theo nguyên lý làm việc, các bảo về được phân ra:
Bảo vệ có sự chọn lọc tuyệt đối: Là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra
trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở
các phần từ lân cận.
Bảo vệ có sự chọn lọc cân đối: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được
bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho các bảo vệ đặt ở các phần tử lân
cận.
Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có chọn lọc tương đối, phải có
sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống
nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế đến mức thấp nhất thời
gian ngừng cung cấp điện.

- Tác động nhanh:
Tất nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt.
Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần
phải sử dụng những loại bảo vệ phúc tạp và đắt tiền.
Rơle hay bảo vệ được gọi là tác động nhanh (hay còn gọi là có tốc độ cao) nếu thời

gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ dao động của dòng điện tần số công
nghiệp 50Hz) Rơle hay bảo vệ được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu
trễ (tạo thời gian) trong tác động của rơle. Thông thường hai khái niệm tác động nhanh
và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle lẫn nhau để chỉ các
rơle hoặc bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms.
6


Ngoài thời gian tác động của rơle, việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ thuộc
vào tốc độ thao tác của máy cắt điện. Các máy cắt điện tốc độ cao hiện đại có thời gian
thao tác từ 20 đên 60ms (từ 1 đến 3 chu kỳ 50Hz) những máy cắt thông thường có thời
gian thao tác không qua 5 chu kỳ (khoảng 100 ms ở 50Hz). Như vậy thời gian loại trừ
sự cố (thời gian lam việc của bảo vệ cộng với thời gian thao tác máy cắt) khoảng từ 2
đến 8 chu kỳ (khoảng 40 đến 160 ms 50Hz) đối với các bảo vệ tác động nhanh.

- Độ nhạy:
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng. Cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nó
được biểu diễn bằng hệ thống độ nhạy, tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào
rơle có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số đại lượng vật lý đặt
vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện cuả
sự cố, hay ta thường nói rơle tác động càng nhạy.
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất
phải kể đến: Chế độ làm việc của hệ thống (mức huy động nguồn) cấu hình của lưới
điện, dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch, nguyên lý làm việc của rơle, đặc tính
của quá trình quá độ trong hệ thống điện vv...
Tuỳ theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác nhau. Các
bảo vệ chính thường yêu cần phải có hệ số độ nhạy trong khoảng từ 1,5 đến 2, còn các
bảo vệ dự phòng từ 1,2 đến 1,5.
- Tính kinh tế:
Các bảo vệ rơle phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật, đồng thời phải được lắp đặt sao

cho rẻ nhất đến mức có thể. Đối với mạng cao áp và siêu cao áp chi phí cho trang thiết
bị lắp đặt bảo vệ rơle chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ chi phí của công trình, do
đại đa số thiết bị ở mạng cao áp đều rất đắt nên không đòi hỏi cao về yêu cầu kinh tế.
Còn trong mạng trung áp và hạ áp số lượng các thiết bị cần được bảo vệ rất lớn, mức độ
yêu cầu bảo vệ không cao do đó cần phải tính đến kinh tế lựa chọn sơ đồ và trang thiết
bị bảo vệ rơle sao cho vừa đảm bảo tính kinh tế vừa có chi phí thấp nhất.
c, Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp

7


1 Bảo vệ so lệch (87)
2 Rơle khí Buchholz (96N)
3 Quá dòng TTK (51N)
4 Quá dòng có thời gian (51)
5 Quá tải dòng điện (49)
6 Rơle nhiệt (49)
2.2 Xây dựng phương thức bảo vệ cho đường dây
a, Các sự cố với đường dây:
+ Ngắn mạch 1 pha
+ Ngắn mạch 2 pha chạm nhau
+ Ngắn mạch 2 pha chạm đất
+ Ngắn mạch 3 pha
+ Quá điện áp
+ Quá tải
b, Các yêu cầu đối với bảo vệ đường dây
+ Đảm bảo tính chọn lọc
+ Thời gian tác động nhanh
+ Đảm bảo độ nhạy
+ Đảm bảo độ tin cậy

8


+ Đảm bảo tính kinh tế
c, sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây trung áp 22 KV

PHẦN 3: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠLE
3.1 Bảo vệ quá dòng điện
a, bảo vệ quá dòng có thời gian 51, I>
Chọn dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian
A

D2

B
I> t 2

D1

I> t1

N

I lvmax1

D3

C
I> t 2
'

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng điện cực đại
Theo nguyên lý của bảo vệ, dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện
phụ tải cực đại Ilvmax:
Ikđ > Ilvmax
Tuy nhiên, việc chọn dòng điện khởi động còn phụ thuộc vào nhiều điều kiện nặng
nề hơn. Phải xét đến một số vấn đề như:
9


- Khả năng tự trở về của bảo vệ.
- Hiện tượng tự khởi động của các động cơ trên thanh góp làm dòng qua bảo vệ lớn
hơn Ilvmax
- Sai số khi tính toán ngắn mạch.
- Sơ đồ nối dây giữa BI và rơ le.
Do đó, giá trị dòng khởi động được tính toán như sau:
- Giá trị dòng điện khởi động phía sơ cấp của bảo vệ IkđS
I kđS 

- Dòng khởi động phía thứ cấp:

I kđT 

kat .kmm  3
.ksđ .I lv.max
kv

kat .kmm  3
.k sđ .I lv.max
kv .nBI

Trong đó:
+ kat: Hệ số an toàn, để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch
ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20%
do tổng trở nguồn bị biến động), thường lấy kat =1,1÷1,2.
+ kmm: Hệ số tự mở máy của các động cơ để đảm bảo bảo vệ không tác động khi các
động cơ trên thanh góp tự khởi động, có thể lấy kmm= (2 ÷ 3).
+ kv: Hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong khoảng (0,85 ÷
0,95). Sở dĩ phải sử dụng hệ số k v ở đây xuất phát từ yêu cầu đảm bảo sự làm việc ổn
định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của các động cơ)
trong hệ thống mà bảo vệ không được tác động.
+ nBI : Tỉ số biến đổi của máy biến dòng điện.
 3
+ k sd : hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào sơ đồ nối dây giữa BI và rơ le.

Chọn thời gian làm việc
+ Nguyên tắc: bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian. Nghĩa là bảo
vệ nào gần nơi xảy ra sự cố nhất sẽ tác động trước, hay bảo vệ phía trước gần nguồn
hơn sẽ tác động chậm hơn bảo vệ phía sau xa nguồn hơn 1 khoảng thời gian t chọn
trước.
tn  t( n 1) max  t

Trong đó:
tn: thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.
10


t(n-1) max: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ liền
trước nó.
Δt: bậc chọn lọc về thời gian, Δt = 0,3÷0,5(s)

- Có thể chọn thời gian theo nguyên tắc độc lập hoặc theo nguyên tắc phụ thuộc.

Hình 3.2: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng điện
a) Độc lập b) Phụ thuộc

- Đặc tính thời gian độc lập: thời gian tác động của các bảo vệ ở đầu nguồn lớn.
- Đặc tính thời gian phụ thuộc: ngắn mạch càng gần nguồn thì giá thị dòng ngắn
mạch càng lớn, thời gian tác động càng nhỏ.
- Các dạng đặc tính thời gian phụ thuộc.

t
+ Đặc tính thời gian theo dốc tiêu chuẩn:

0,14
.Tp
I*0,02  1

+ Đặc tính thời gian rất dốc:

+ Đặc tính thời gian cực dốc:

t

80
.Tp , s
I*2  1

Đánh giá I>
- Ưu điểm: Độ tin cậy cao, đơn giản, tác động chắc chắn
- Nhược điểm:

11


+ Đánh giá về tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian theo nguyên tắc bậc thang
(từng cấp) nhưng chỉ đảm bảo với lưới điện hở 1 nguồn cung cấp.
+ Thời gian tác động lớn đối với những bảo vệ ở đầu nguồn => có thể khắc phục
bằng cách chọn đặc tính thời gian phụ thuộc nhưng tính toán phức tạp.
+ Độ nhạy không cao do tính dòng khởi động phụ thuộc vào kmm , I lv max
- Phạm vi ứng dụng:
+ Sử dụng cho tất cả các thiết bị.
+ Dùng làm bảo vệ chính cho lưới điện phân phối và làm bảo vệ dự phòng cho
bảo vệ máy phát điện, MBA, đường dây truyền tải.

b. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (I>>,50)

D1
A

I >>

N
B

I
max

I kd

min

INng.max
L

I CNmin
ICNmax

Hình 3.3: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp
- Thời gian tác động: tức thời ( t �0 ) hoặc với thời gian rất bé (t = 0,1s)
- Dòng khởi động: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc
bằng cách chọn dòng điện khởi động theo dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất đi qua
chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo.
- Dòng điện khởi động của bảo vệ:
12


Ikđ = kat. INngmax
Trong đó:
kat: hệ số an toàn, thường lấy kat = (1,2 ÷ 1,3)
INngmax: dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ngắn mạch 3
pha trực tiếp tại điểm N với chế độ làm việc cực đại của hệ thống.
- Nhận xét:
+ Ưu điểm: Làm việc không giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.
+ Nhược điểm: Chỉ bảo vệ được một phần đường dây 70 – 80%, vùng được bảo
vệ phụ thuộc vào chế độ vận hành của hệ thống => bảo vệ quá dòng cắt nhanh không
thể là bảo vệ chính của một phần tử nào đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác.
3.2 Bảo vệ so lệch/so lệch có hãm (87T)
Bảo vệ so lệch máy biến áp – 87T: Được dùng làm bảo vệ chính, không cần phối
hợp với các loại bảo vệ khác. Có thể đặt thời gian tác động của bảo vệ bằng không =>
tác động nhanh. Bảo vệ so lệch có độ nhạy cao đối với các sự cố trong vùng bảo vệ, làm
việc tin cậy không tác động nhầm đối với các sự cố ngoài vùng bảo vệ do có cơ chế

hãm.
Nguyên lý hoạt động của bảo
vệ so lệch máy biến áp:
Bảo vệ so lệch so sánh tín hiệu
dòng điện đi vào và đi ra của đối
tượng được bảo vệ. Trong chế độ
vận hành bình thường hoặc khi có
sự cố ngoài: dòng điện chạy vào và
ra đối tượng bảo vệ bằng nhau =>
bảo vệ không tác động. Khi xảy ra
sự cố trong vùng bảo vệ thì xảy ra
sự mất cân bằng giữa dòng vào/ra
khỏi đối tượng => bảo vệ sẽ tác
động.

Bảo vệ so lệch có hãm: Khi xảy ra sự cố ngoài vùng với dòng sự cố lớn, do sự sai
khác về đặc tính từ của các CT ở các phía của đối tượng được bảo vệ nên khi xảy ra
hiện tượng bão hòa lõi từ CT có thể gây ra dòng không cân bằng lớn chạy qua rơ le bảo
vệ, nếu dòng này đủ lớn thì rơ le có thể tác động mặc dù sự cố xảy ra không nằm trong
13


vùng bảo vệ. Để khắc phục hiện tượng này, rơ le sử dụng thuật toán bảo vệ so lệch có
hãm. Tùy theo từng hãng chế tạo, nên việc lựa chọn dòng điện hãm có thể khác nhau.
Dòng hãm có tác dụng đảm bảo sự làm việc ổn định của rơ le chống lại các tác động
không mong muốn. do đó còn có tên gọi là dòng ổn định (Istability hay Istab). Với rơ le của
Siemens thì dòng so lệch là tổng vectơ của dòng điện vào/ra của đối tượng trong khi đó
dòng hãm được lấy bằng 100% độ
lớn của cá dòng này. Cụ thể là (ví
dụ bảo vệ MBA 2 cuộn dây):

Điều kiện để rơ le tác động là dòng so lệch lớn hơn một số lượng phần trăm nào đó
của dòng hãm:

Idiff> (krestrain. Istab)
Trong đó Krestrain là hệ số hãm, hệ số hãm này tương ứng với độ dốc của đặc tính
tác động của rơ le.

Chế độ vận hành bình thường hoặc khi có sự cố ngoài:
Dòng điện I1 đi vào mang dấu dương,
dòng I2 đi ra đối tượng mang dấu âm
(theo quy ước), mặt khác I1 = I2 do đó:
Từ công thức trên ta thấy dòng hãm
lớn gấp 2 lần dòng chạy qua đối tượng,
dòng so lệch xấp xỉ bằng 0, do đó rơ le sẽ
không tác động.
Chế độ sự cố trong vùng bảo vệ:
– Dòng sự cố cấp tới từ 2 phía bằng nhau: Hai dòng sự cố I1 và I2 bằng nhau và
cùng hướng với đối tượng bảo vệ (cùng mang dấu dương), do đó:

14


Dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau và bằng tổng dòng tại điểm sự cố.
– Dòng sự cố cấp từ 1 phía:

Dòng so lệch và dòng hãm đều bằng nhau.
Như vậy, nếu sử dụng đồ thị có 1 trục là dòng hãm, và 1 trục là dòng so lệch thì tọa
độ của các điểm ứng với sự cố trong vùng sẽ nằm trên 1 đường thằng góc 45º như trên
hình vẽ:

Cần lưu ý rằng các giá trị cài đặt vào rơ le là giá trị tương đối so với dòng định mức
của đối tượng được bảo vệ.
Theo hình vẽ, đường đặc tính tác động gồm các đoạn:
Đoạn a: Biểu thị dòng điện khởi động ngưỡng thấp Idiff> của bảo vệ, với mỗi máy
biến áp coi như là hằng số. Dòng điện này phụ thuộc dòng từ hóa của máy biến áp.
15


Đoạn b: Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi
đầu phân áp của máy biến áp.
Đoạn c: Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khóa bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng
quá bão hòa khong giống nhau ở các máy biến dòng.
Đoạn d: Đoạn biểu thị giá trị khởi động ngưỡng cao Idiff>> của bảo vệ. Khi dòng so
lệch Isl vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tác động không có thời gian, và không quan
tâm đến dòng điện hãm và các sóng hài sử dụng để bảo vệ.
Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động. Các dòng
điện so lệch và dòng điện hãm được biểu diễn trên hệ trục tọa độ theo đơn vị tương đối
định mức.
3.3 Rơle khí Buchholz
Được sử dụng trong các sự cố: Quá tải /sự cố bên trong/ lỗi bên trong dầu của máy
biến áp.
Khi nhiệt độ dầu máy biến áp tăng → dầu bay hơi và di chuyển.
Rơle khí Buchholz: hoạt động dựa trên áp suất khí bay hơi và vận tốc dầu. Vị trí
rơle: trên ống nối giữa bình dầu và bình dầu thoát hiểm.
Ưu điểm: Chống lại tất cả các loại lỗi nội bộ máy biến áp.
Nhược điểm: Có thể cắt sai do tác động của lực cơ học, động đất, ném bom, v.v.

Công suất máy biến áp:
+ <5MVA: sử dụng rơ le khí để báo động

+ > 5MVA: sử dụng rơ le khí 2 cấp độ.
Cấu tạo: 2 quả cầu thủy tinh chứa tiếp xúc thủy ngân nổi trong dầu.
Quá tải: Sự bốc hơi khí yếu do quá tải đẩy quả cầu thứ 1 xuống. Báo động ngay.
- Ngắn mạch: dầu mở rộng mạnh mẽ, tạo ra một dòng dầu từ thùng dầu đến thùng
dầu mở rộng sau đó đẩy quả cầu thứ 2 xuống. Rơle sẽ cắt.
3.4 Rơle nhiệt
Rơ le nhiệt (hay còn gọi là Relay nhiệt) là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ
động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với Contactor (Khởi động từ).
Rơ le nhiệt có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các
thanh kim loại.
Nguyên lý làm việc của rơ le nhiệt
16


Phần tử cơ bản của rơ le nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim
loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số
giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm - niken, như đồng thau giãn nở gấp 20
lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc
hàn.
Khi đốt nóng do dòng điện, phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn
nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để
độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy
mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.
Ứng dụng của Rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt được lắp cùng với Contactor (Khởi động từ) để bảo vệ các thiết bị điện
đặc biệt là động cơ điện khi quá dòng, quá tải trong quá trình hoạt động. Lưu ý: Rơ le
nhiệt chỉ tác động thay đổi trạng thái tiếp điểm chứ không tự ngắt được nguồn điện do
đó bắt buộc phải kết hợp với 1 thiết bị đóng cắt khác.
Đặc điểm của Rơ le nhiệt là cần phải có một khoảng thời gian nhất định để tác động
dựa trên cơ chế dãn nở vì nhiệt chứ không tác động nhanh (tức thời) như các thiết bị

đóng cắt bằng cơ chế điện từ. Do đó rơ le nhiệt chỉ dùng để bảo vệ quá tải chứ không
dùng bảo vệ ngắn mạch. Muốn bảo vệ ngắn mạch thì phải dùng kèm với aptomat, cầu
chì.
Rơ le nhiệt hoạt động ở điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50Hz, có nhiều khoảng
tác động từ vài trăm mA đến vài trăm A. Rơ le nhiệt của các hãng Mitsubishi, LS,
Schneider có khoảng tác động từ 0.1A đến 800A.

17


PHẦN 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
4.1 Tính điện kháng tương đương và lập sơ đồ thay thế
a, Tính trong hệ đơn vị tương đối ta chọn:
- Công suất cơ bản: Scb = 25 (MVA)
- Điện áp cơ bản: Ucb = Utb từng cấp = (115;24) kV
Dòng điện cơ bản
Icb1 = = = 0.1255 (kA)
Icb2 = = = 0.6014 (kA)
Điện kháng hệ thống điện
Với SNmax = 1900 (MVA)
X1HTmax = = = 0.0132
X0HTmax = 1,5. X1HTmax = 0.0184
Với SNmin = 1600 (MVA)
X1HTmin = = = 0.0156
X0HTmin = 1,5. X1HTmin = 0.0219
Điện kháng máy biến áp
18


XB = . = . = 0,105

Điện kháng đường dây 1
X1L1 = x0.L1. = 0,425.8. = 0,1476
X0L1 = 3.X1L1 = 3. 0,1476= 0,2951
Điện kháng đường dây 2
X1L2 = x0.L2. = 0,425.5. = 0,0922
X0L2 = 3.X1L2 = 3. 0,0922= 0,1845

b, Sơ đồ thay thế tương đương dùng trong tính toán dòng ngắn mạch cực đại
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận
Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch có cùng giá trị điện kháng nhứng không có nguồn E

Sơ đồ thay thế thứ tự không

c, Sơ đồ thay thế tương đương dùng trong tính toán dòng ngắn mạch cực tiểu
19


Sơ đồ thay thế thứ tự thuận
Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch có cùng giá trị điện kháng nhưng không có nguồn E

Sơ đồ thay thế thứ tự không

4.2 Xác định các điểm ngắn mạch tính toán
Do đối tượng bảo vệ là đường dây; nên chỉ tính toán cho các điểm ngắn mạch khác
nhau trên đường dây.
Yêu cầu: Chia đường dây thành 8 đoạn bằng nhau và tính toán ngắn mạch cho từng
điểm trên các đoạn đường dây

20

4.2.1 Tính Dòng Ngắn Mạch Của Mạng Điện Ở Chế Độ Cực Đại
a, xét điểm ngắn mạch N1

X1∑ = X2∑ = X1HTmax + XB/2 = 0,0132 + 0,105/2 = 0,066
X0∑ = X0HTmax + XB/2 = 0,0184 + 0,105/2 = 0,071
Điểm ngắn mạch N1 - ngắn mạch 3 pha N (3)
= = = 15,230
Điểm ngắn mạch N1 – ngắn mạch 1 pha N(1)
Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch
= = = = = 4,945
Dòng điện tại chỗ ngắn mạch = = 3. 4,945= 14,834
Ngắn mạch 2 pha chạm đất N1(1,1)
Các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = = 10,025
= -* = -10,025* = -5,206
= -* = -10,025* = -4,819
Dòng điện ngắn mạch = │ a2* │
= │(│
= │-7,229+j.13,19│= 15,04
Ngắn mạch 2 pha N (2)
21


các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = 7,615
Dòng điện ngắn mạch

= *Ia1 = *7,615= 13,19

b, xét điểm ngắn mạch N2

= = + = 0,0132+ + = 0,103

X0∑ = X0HTmax + + = 0,0184 +0,0525+ 0,0738= 0,1447
Điểm ngắn mạch N2 - ngắn mạch 3 pha N (3)
= = = 9,751
Điểm ngắn mạch N1 – ngắn mạch 1 pha N (1)
22


Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch
= = = = = 2,8587
Dòng điện tại chỗ ngắn mạch = = 3.2,8587= 8,576
Ngắn mạch 2 pha chạm đất N2(1,1)
Các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = = 6,151
= -* = -6,151* = -3,6
= -* = -6,151* = -2,551
Dòng điện ngắn mạch = │ a2* │
= │(│
= │-3,827+j.8,445│= 9,2716
Ngắn mạch 2 pha N (2)
các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = 4,876
Dòng điện ngắn mạch

= *Ia1 = *4,876= 8,445

c, tính toán cho các điểm ngắn mạch còn lại

Tính toán dòng ngắn tương tự điểm N1, N2 ta có bảng kết quả
N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

IN(3)

15.230

9.751

7.171

5.671

4.690

4.232

3.856

3.541 3.274

IN(1)

14.834

8.576

6.032

4.652

3.785

3.391

3.071

2.806 2.583

IN(1,1
)
IN(2)

15.041

9.272

6.734

5.292

4.360

3.929

3.575

3.279 3.029

13.190

8.445

6.211

4.911

4.062

3.665

3.339

3.067 2.835

Inmax

15.230

9.751

7.171

5.671

4.690

4.232

3.856

3.541 3.274

4.2.2 Tính Dòng Ngắn Mạch Của Mạng Điện Ở Chế Độ Cực Tiểu
a, xét điểm ngắn mạch N1

23

N8

N9


X1∑ = X2∑ = X1HTmin + XB = 0.0156 + 0.105 = 0,121
X0∑ = X0HTmin + XB = 0,0219+ 0,105 = 0.127
Điểm ngắn mạch N1 - ngắn mạch 3 pha N (3)
= = = 8,29
Điểm ngắn mạch N1 – ngắn mạch 1 pha N(1)

Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch
= = = = = 2,716
Dòng điện tại chỗ ngắn mạch = = 3. 2,716 = 8,148
Ngắn mạch 2 pha chạm đất N1(1,1)
Các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = = 5,481
= -* = -5,481* = -2,810
= -* = -5,481* = -2,671
Dòng điện ngắn mạch = │ a2* │
= │(│
= │-4,007+j.7,179│= 8,222
Ngắn mạch 2 pha N (2)
các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = 4,145
Dòng điện ngắn mạch = *Ia1 = *4,145 = 7,179

24


b, xét điểm ngắn mạch N2

= = + XB = 0,0156 + 0,105 + = 0,158
X0∑ = X0HTmin + XB + = 0,0219 + 0,105 + = 0,201
Điểm ngắn mạch N2 - ngắn mạch 3 pha N (3)
= = = 6,349
Điểm ngắn mạch N2 – ngắn mạch 1 pha N(1)
Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch
= = = = = 1.939
Dòng điện tại chỗ ngắn mạch = = 3.1,939 = 5,817
Ngắn mạch 2 pha chạm đất N2(1,1)

Các thành phần tại chỗ ngắn mạch
= = = 4,069
= -* = -4,069* = -2,280
= -* = -4,069* = -1,789
Dòng điện ngắn mạch = │ a2* │
= │(│
= │-2,684+j.5,498│= 6,118

Ngắn mạch 2 pha N (2)
25