Giáo trình: Bảo vệ Rơ le trong hệ thống điện Nguyễn Văn Đạt

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

GIÁO TRÌNH ĐẠI HỌC

BẢO VỆ RƠLE
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Tài liệu tham khảo nội bộ dùng trong
Khoa Hệ thống điện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

CÁC TÁC GIẢ

THs.
TS.

Nguyễn Văn Đạt
Nguyễn Đăng Toản

Khoa Hệ thống điện
Khoa Hệ thống điện
Hà nội 2010

CuuDuongThanCong.com

/>

ii
CuuDuongThanCong.com

/>

LỜI TỰA
Giáo trình “Bảo vệ rơle trong hệ thống điện” được dùng để giảng dạy cho sinh viên
ngành Hệ thống điện trường Đại học Điện lực và làm tài liệu tham khảo cho những người làm
công tác kỹ thuật và vận hành các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện.
Giáo trình đưa ra một số vấn đề cơ bản của kỹ thuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các
nguyên tắc tác động và cách thực hiện các loại bảo vệ thường gặp. Đối với mỗi phần tử trong
hệ thống điện, giáo trình trình bày tóm tắt các chế độ làm việc, tình trạng hư hỏng và làm việc
không bình thường, mô tả nguyên lý làm việc và chức năng các phần tử chính trong sơ đồ bảo
vệ.
Giáo trình giới thiệu và xem xét việc bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện bao
gồm: đường dây truyền tải, máy phát điện, máy biến áp, thanh góp, động cơ điện, tụ điện,
kháng điện, cáp điện.
Toàn bộ cuốn sách chia làm 8 chương. Đây là lần tái bản thứ nhất, các tác giả đã cố
gắng chỉnh sửa những thiếu sót của lần xuất bản trước và cập nhật thêm một số kiến thức mới,
nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Những nhận xét và góp ý của bạn đọc
xin gửi cho Khoa Hệ thống điện – Trường Đại học Điện lực – 235 Hoàng Quốc Việt - Hà Nội.
Email.
Tel :

iii
CuuDuongThanCong.com

/>

LỜI CẢM ƠN

iv
CuuDuongThanCong.com

/>

MỤC LỤC
LỜI TỰA...................................................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................... iv
MỤC LỤC ......................................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................................ ix
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................................xv
PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ........................................................................................xvi

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................1
1.1 NHIỆM VỤ BẢO VỆ RƠ LE................................................................................................... 1
1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE............................................................................................ 2
1.2.1 Tính tin cậy ....................................................................................................................... 2
1.2.2 Tính chọn lọc..................................................................................................................... 2
1.2.3 Tính tác động nhanh .......................................................................................................... 3
1.2.4 Độ nhạy............................................................................................................................. 4
1.2.5 Tính kinh tế ....................................................................................................................... 4
1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE................................................................ 4
1.4 MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI, CT).......................................................................................... 7
1.4.1 Khái niệm về máy biến dòng điện ...................................................................................... 7
1.4.2 Sơ đồ thay thế và ký hiệu máy biến dòng điện.................................................................... 7
1.4.3 Sai số của máy biến dòng và yêu cầu về độ chính xác ........................................................ 8
1.4.4 Tính toán phụ tải của máy biến dòng điện .........................................................................10
1.4.5 Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng điện ..............................................................10
1.4.6 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện.....................................................................................11
1.5 MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU, VT, PT).......................................................................................14
1.5.1 Khái niệm về máy biến điện áp .........................................................................................14
1.5.2 Sai số của máy biến điện áp và yêu cầu về độ chính xác....................................................15

1.5.3 Các sơ đồ nối máy biến điện áp.........................................................................................16
1.6 NGUỒN ĐIỆN THAO TÁC ...................................................................................................18
1.6.1 Nguồn điện thao tác một chiều..........................................................................................18
1.6.2 Nguồn điện thao tác xoay chiều ........................................................................................19
1.7 KÊNH THÔNG TIN TRUYỀN TÍN HIỆU .............................................................................21
1.7.1 Các loại kênh truyền tín hiệu.............................................................................................21
1.7.2 Yêu cầu đối với kênh truyền tín hiệu.................................................................................23
1.7.3 Môi trường truyền tín hiệu và nhiễu...................................................................................23

1.8 THÔNG TIN CẦN THIẾT PHỤC VỤ TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE.....................................25
1.8.1 Nguyên lý đó lường dùng trong mục đích bảo vệ ...............................................................25

1.8.2 Tính toán ngắn mạch/sự cố ...............................................................................................27

v
CuuDuongThanCong.com

/>

1.9 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................28

CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLE...............................................29
2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA RƠLE .....................................................................................29
2.2 PHÂN LOẠI RƠLE ................................................................................................................30
2.3 RƠLE ĐIỆN CƠ .....................................................................................................................34
2.3.1 Rơle dòng điện kiểu điện từ ..............................................................................................34
2.4 RƠLE DÒNG ĐIỆN KIỂU CẢM ỨNG ..................................................................................37
2.4.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................37
2.4.2 Lĩnh vực ứng dụng: ..........................................................................................................39
2.4.3 Rơle điện áp .....................................................................................................................39

2.4.4 Rơle thời gian ...................................................................................................................40
2.4.5 Rơle trung gian .................................................................................................................40
2.4.6 Rơle tín hiệu .....................................................................................................................41
2.5 RƠLE ĐIỆN TỬ .....................................................................................................................41
2.6 RƠLE KỸ THUẬT SỐ ...........................................................................................................44
2.7 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................46

CHƯƠNG 3: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE HỆ THỐNG ĐIỆN.............47
3.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ..................................................................................................47
3.1.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................47
3.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại. .................................................................................................47
3.1.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh ..............................................................................................49
3.1.4 Bảo vệ dòng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp ...............................................................49
3.1.5 Bảo vệ dòng điện ba cấp ...................................................................................................50
3.1.6 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện .........................................................................................52
3.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CÓ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT............................................53
3.2.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................53
3.2.2 Phần tử định hướng công suất ...........................................................................................54
3.2.3 Lựa chọn thời gian cho bảo vệ dòng điện có định hướng công suất....................................54
3.2.4 Lựa chọn dòng điện khởi động..........................................................................................55
3.2.5 Bảo vệ dòng điện có hướng ba cấp ....................................................................................56
3.2.6 Đánh giá bảo vệ dòng điện có định hướng công suất .........................................................56
3.3 NGUYÊN LÝ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH .............................................................................57
3.3.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................57
3.3.2 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách................................................................59
3.3.3 Nguyên tắc thực hiện rơle khoảng cách .............................................................................60
3.3.4 Lựa chọn giá trị khởi động................................................................................................60
3.3.5 Những yếu tố làm sai lệch đến sự làm việc của rơle khoảng cách ......................................61
3.3.6 Đánh giá về bảo vệ khoảng cách .......................................................................................62

vi
CuuDuongThanCong.com

/>

3.4 BẢO VỆ SO LỆCH.................................................................................................................62
3.4.1 So lệch dòng điện .............................................................................................................62
3.4.2 So sánh pha của dòng điện ................................................................................................65
3.4.3 Đánh giá về bảo vệ so lệch................................................................................................66
3.5 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................66
PHẦN II: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ................................................67

CHƯƠNG 4: BẢO VỆ CÁC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ........................................68
4.1 KHÁI NIỆM CHUNG.............................................................................................................68
4.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ..................................................................................................69
4.2.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh........................................................................................69
4.2.2 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian ....................................................................................70
4.2.3 Bảo vệ quá dòng có khoá điện áp thấp ..............................................................................71
4.2.4 Bảo vệ quá dòng điện có hướng ........................................................................................72
4.2.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng ................................................................................74
4.3 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ..............................................................75
4.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ......................................................................................75
4.3.2 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ ......................................................................................77
4.3.3 Bảo vệ so sánh pha dòng điện ...........................................................................................78
4.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ...................................................................................................81
4.4.1 Chọn giá trị khởi động và thời gian làm việc rơ le khoảng cách .........................................81
4.4.2 Bảo vệ khoảng cách ở các đường dây có đặt tụ điện bù dọc :.............................................83
4.5 BẢO VỆ SO SÁNH HƯỚNG .................................................................................................85
4.6 NGUYÊN LÝ BẢO CHỐNG CHẠM ĐẤT.............................................................................87
4.6.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................87

4.6.2 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không...................................................................................88
4.6.3 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng....................................................................88
4.6.4 Bảo vệ chống chạm đất “chập chờn” .................................................................................91
4.7 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................92

CHƯƠNG 5: BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ .........................................93
5.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA
MÁY PHÁT ĐIỆN .......................................................................................................................93
5.2 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CUỘN DÂY STATO ...........................................................94
5.3 BẢO VỆ CHỐNG NGẮN MẠCH GIỮA CÁC PHA ..............................................................98
5.3.1 Bảo vệ so lệch hãm...........................................................................................................99
5.3.2 Bảo vệ khoảng cách ........................................................................................................101
5.3.3 Bảo vệ quá dòng điện .....................................................................................................102
5.4 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM CHẬP CÁC VÒNG DÂY TRONG MỘT PHA CỦA CUỘN
STATO .......................................................................................................................................103

vii
CuuDuongThanCong.com

/>

5.5 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CUỘN DÂY RÔ TO ..........................................................105
5.6 BẢO VỆ CHỐNG DÒNG ĐIỆN THỨ TỰ NGHỊCH............................................................109
5.7 BẢO VỆ CHỐNG MẤT KÍCH TỪ.......................................................................................110
5.8 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI CHO CUỘN DÂY STATO VÀ RÔTO MÁY PHÁT ĐIỆN ....112
5.9 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP........................................................................................113
5.10 BẢO VỆ CHỐNG TẦN SỐ GIẢM THẤP ..........................................................................114
5.11 BẢO VỆ CHỐNG LUỒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC ...........................................................115
5.12 CÂU HỎI ÔN TẬP .............................................................................................................116

CHƯƠNG 6: BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP................................................................ 117
6.1 CÁC HƯ HỎNG VÀ NHỮNG LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG .......................................117
6.2 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC......................................................................................................117
6.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ................................................................................................119
6.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ..................................................................................................120
6.5 BẢO VỆ BẰNG RƠ LE KHÍ (BUCHHOLZ)........................................................................121
6.6 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP .........................................................122
6.7 BẢO VỆ QUÁ NHIỆT CHO MÁY BIẾN ÁP .......................................................................123
6.8 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ....................................................126
6.9 CÂU HỎI ÔN TẬP ...............................................................................................................127

CHƯƠNG 7: BẢO VỆ CÁC HỆ THỐNG THANH GÓP ...................................115
7.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG .......................................................................................................115
7.1.1 Những trường hợp không cần đặt bảo vệ riêng ................................................................115
7.1.2 Những trường hợp cần đặt bảo vệ riêng cho thanh góp ....................................................116
7.2 CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP ........................................................................................116
7.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp.........................................................................................116
7.2.2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có một máy cắt trên mạch .................................................117
7.2.3 Sơ đồ thanh góp mỗi mạch điện được nối với hệ thống thanh góp qua hai máy cắt điện...119
7.3 BẢO VỆ SO LỆCH TOÀN PHẦN THANH GÓP.................................................................120
7.3.1 Những đặc điểm khi thực hiện bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp..................................120
7.3.2 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ....................................................................................122
7.3.3 Bảo vệ so lệch thanh góp dùng rơ le tổng trở cao ............................................................124
7.3.4 Bảo vệ thanh góp dùng nguyên lý so sánh pha dòng điện ................................................126
7.4 BẢO VỆ SO LỆCH KHÔNG TOÀN PHẦN THANH GÓP ..................................................127

viii
CuuDuongThanCong.com

/>

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình vẽ 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle ........................................................................... 3
Hình vẽ 1-2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ .......................................................................... 5
Hình vẽ 1-3: Vì dụ về một cấu trúc của hệ thống bảo vệ ..................................................................... 6
Hình vẽ 1-4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ có dự phòng để tăng cường độ tin cậy...................... 6
Hình vẽ 1-5: Máy biến dòng cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng .............................. 7
Hình vẽ 1-6: Sai số của BI và sơ đồ thay thế của BI dùng trong bảo vệ............................................... 9
Hình vẽ 1-7: Nối tiếp hai máy biến dòng ...........................................................................................10
Hình vẽ 1-8: Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp iS, từ thông F,.........................11
Hình vẽ 1-9: Các nối BI và rơle theo sơ đồ hình sao ..........................................................................11
Hình vẽ 1-10: Sơ đồ nồi một rơle vào hiệu dòng điện hai pha và sơ đồ véc tơ của dòng điện thứ cấp
qua rơle khi ngắn mạch 2 pha và ba pha ............................................................................................12
Hình vẽ 1-11: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không: a) sơ đồ nguyên lý, b) bộ lọc dùng ba máy
biến dòng, c) bộ lọc một máy biến dòng dùng cho đường dây trên không, d) bộ lọc một máy biến dòng
dùng cho đường dây cáp ngầm ..........................................................................................................13
Hình vẽ 1-12: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch LI2: a) Sơ đồ cấu trúc, b) mạch điện, c) Đồ thị
véc tơ đối với thành phần thứ tự thuận, d) đồ thị véc tơ thành phần thứ tự nghịch ..............................14
Hình vẽ 1-13: Máy biến điện áp cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến điện áp ....................15
Hình vẽ 1-14: Sơ đồ nối các BU theo hình sao: a nối vào điện áp dây, b) nối vào điện áp pha, c) điện
áp ba pha và dây trung tính của HTĐ ................................................................................................16
Hình vẽ 1-15: Sơ đồ nối các BU theo hình V/V .................................................................................16
Hình vẽ 1-16: Các sơ đồ bộ lọc thứ tự không, a) cuộn tam giác hở, b) bộ lọc điện áp thứ tự không ở
trung tính máy phát điện ...................................................................................................................17
Hình vẽ 1-17: Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc điện áp thứ tự nghịch........................................................18
Hình vẽ 1-18: Sơ đồ dùng rơle dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn làm việc với
dòng điện thao tác một chiều.............................................................................................................19
Hình vẽ 1-19: Sơ đồ bảo vệ dòng điện dùng nguồn thao tác xoay chiều theo phương pháp khử nối tắt
cuộn cắt của máy cắt .........................................................................................................................20
Hình vẽ 1-20: Sơ đồ bảo vệ dòng điện nối vào dòng điện thao tác xoay chiều qua biến dòng bão hoà

trung gian .........................................................................................................................................20
Hình vẽ 1-21: Sơ đồ bộ cung cấp liên hợp .........................................................................................21
Hình vẽ 1-22: Sơ đồ nguồn cung cấp bằng bộ tụ nạp sẵn ...................................................................21
Hình vẽ 1-23: Liên hệ giữa các thiết bị làm việc với kênh truyền tín hiệu ..........................................22
Hình vẽ 1-24: Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng đầu vào ........................................................26
Hình vẽ 1-25: Nguyên lý so sánh pha (a) và biểu đồ so sánh hai tín hiệu đầu vào hình sin lệch pha
nhau (b) ............................................................................................................................................27
Hình vẽ 2-1: So sánh giữa rơle số và rơle thông thường.....................................................................30

ix
CuuDuongThanCong.com

/>

Hình vẽ 2-2: Phân loại rơle theo các đại lượng đầu vào .....................................................................31
Hình vẽ 2-3: Các loại sơ đồ của hệ thống bảo vệ rơle ........................................................................32
Hình vẽ 2-4: Một số loại rơle điện từ: a) Rơle điện từ có phần động đóng mở, b) Có phần động quay,
c) phần chuyển động tịnh tiến............................................................................................................35
Hình vẽ 2-5: Quan hệ giữa trị số tức thời của mô men quay Mt và các thành phần của nó với thời gian
đối với rơle dòng điện điện từ ...........................................................................................................36
Hình vẽ 2-6: Vòng ngắn mạch của rơle và đồ thị véc tơ.....................................................................36
Hình vẽ 2-7: Rơle dòng điện: a) có vòng cảm ứng ngắn mạch, b) và đồ thị véc tơ..............................38
Hình vẽ 2-8: Rơ le thời gian ..............................................................................................................40
Hình vẽ 2-9: Các sơ đồ nối rơ le trung gian: a)Sơ đồ nối các rơle RG song song, b) nối tiếp, c) song
song có tự giữ bằng cuộn dây nối tiếp ...............................................................................................41
Hình vẽ 2-10: Sơ đồ nối dây của rơle tín hiệu, a) nối tiếp, b) song song .............................................41
Hình vẽ 2-11: Rơle dòng điện chỉnh lưu: a) Sơ đồ nguyên lý, b) dòng điện chỉnh lưu [I]....................42
Hình vẽ 2-12: Các sơ đồ san bằng dòng điện chỉnh lưu,.....................................................................43
Hình vẽ 2-13: Sơ đồ so sánh dòng điện Iđ với đại lượng chuẩn Ich ......................................................44
Hình vẽ 2-14: Sơ đồ khối của rơ le số................................................................................................45

Hình vẽ 2-15: Sơ đồ tự kiểm tra các khối chức năng trong rơle số .....................................................46
Hình vẽ 3-1: Thí dụ về cách tính dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại a) Sơ đồ nguyên
lý, b) Chọn dòng điện khởi động .......................................................................................................48
Hình vẽ 3-2: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh, a) Sơ đồ nguyên lý, b) Cách chọn dòng điện khởi động
.........................................................................................................................................................49
Hình vẽ 3-3: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng điện cực đại có bộ phận kiểm tra điện áp. ..................50
Hình vẽ 3-4: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng ba cấp. ......................................................................51
Hình vẽ 3-5: Tính dòng điện và thời gian tác động của bảo vệ dòng ba cấp........................................52
Hình vẽ 3-6: Bảo vệ quá dòng điện có hướng a) Mạch vòng, b) Đường dây song song, c) Đường dây
có hai nguồn cung cấp,......................................................................................................................53
Hình vẽ 3-7: Bảo vệ quá dòng điện có hướng: a) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng, b) Đặc tính pha
của bộ phận định hướng công suất.....................................................................................................54
Hình vẽ 3-8: Phối hợp thời gian tác động của bảo vệ quá dòng điện có hướng với thanh góp có nhiều
mạch đường dây................................................................................................................................55
Hình vẽ 3-9: Các cấu hình lưới điện phức tạp bảo vệ quá dòng có hướng không đảm bảo tính chọn lọc:
a) Mạng vòng có nhiều nguồn cung cấp. b) Mạng vòng có một nguồn cung cấp khi có liện hệ ngang
không có nguồn (Đường dây BD)......................................................................................................57
Hình vẽ 3-10: Nguyên lý đo tổng trở, a) Sơ đồ lưới điện; b) Vùng biến thiên của tổng trở phụ tải;
c)Tổng trở đo trong điều kiện sự cố; d) Đặc tính khởi động của bộ phận khoảng cách........................58
Hình vẽ 3-11: Các đặc tuyến tổng trở khởi động thường gặp: a) Tổng trở không hướng (ZKđ=const); b)
Tổng trở có hướng (vòng tròn qua gốc toạ độ); c) Vòng tròn lệch tâm; d) Hình thấu kính, e,g) Hình
đa giác; h) 7SA513..........................................................................................................................59

x
CuuDuongThanCong.com

/>

Hình vẽ 3-12: Sơ đồ phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng của bảo vệ
khoảng cách. .....................................................................................................................................60

Hình vẽ 3-13: Sự phân bố dòng điện trên các nhánh của đường dây mạch kép ...................................61
Hình vẽ 3-14: Bảo vệ so lệch dòng điện a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véctơ dòng điện khi ngắn mạch
ngoài vùng và trong chế độ bình thường, c) Khi ngắn mạch trong vùng. ............................................63
Hình vẽ 3-15: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm bổ sung bằng dòng điện hài bậc hai dùng
cho bảo vệ máy biến áp hai dây quấn ................................................................................................65
Hình vẽ 3-16: Bảo vệ so sánh pha dòng điện: a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính góc pha bảo vệ. ..........66
Hình vẽ 4-1: Bảo vệ cắt nhanh đường dây có hai nguồn cung cấp......................................................69
Hình vẽ 4-2: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng điện, a) Độc lập, b) Phụ thuộc. .........................70
Hình vẽ 4-3: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện trong lưới điện hình tia (a) cho
trường hợp đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c) .............................................................71
Hình vẽ 4-4: Bảo vệ quá dòng điện có khoá điện áp thấp ...................................................................71
Hình vẽ 4-5: Bảo vệ quá dòng điện có hướng: a) đường dây hai mạch song song, b) cách chọn thời
gian làm việc của bảo vệ ...................................................................................................................73
Hình vẽ 4-6: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện có hướng trong lưới điện có hai
nguồn cung cấp.................................................................................................................................74
Hình vẽ 4-7: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh không có hướng (a) và có hướng (b)...........................75
Hình vẽ 4-8: Bảo vệ so lệch dọc có hãm, a) Sơ đồ nguyên lý, b) đồ thị véc tơ của dòng điện làm việc
ILV và dòng điện hãm IH khi có ngắn mạch ngoài (b) và trong vùng (c) ..............................................76
Hình vẽ 4-9: Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm (1) và tương quan giữa dòng điện làm việc
Ilv và dòng điện hãm IH khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ và nguồn cung cấp từ

một phía (2) ...76

Hình vẽ 4-10: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm, dùng dây dẫn phụ ...................................................77
Hình vẽ 4-11: Cộng dòng điện để giảm bớt dây dẫn phụ trong sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện...........78
Hình vẽ 4-12: Sơ đồ khối bảo vệ so sánh pha dòng điện từng pha riêng biệt ......................................79
Hình vẽ 4-13: Tín hiệu so sánh pha dòng điện cho trường hợp ngắn mạch ngoài vùng (a)
và trong vùng (b) bảo vệ ...................................................................................................................80
Hình vẽ 4-14: Sơ đồ dùng tổ hợp máy biến dòng BI để nhận điện áp đầu ra một pha U từ dòng điện
3 pha.................................................................................................................................................80

Hình vẽ 4-15: Phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng tác động của bảo vệ
khoảng cách, a) Sơ đồ lưới điện, b) Phối hợp đặc tính khởi động và thời gian....................................82
Hình vẽ 4-16: Phối hợp các vùng bảo vệ khoảng cách trong trường hợp từ thanh cái cuối đường dây có
nhiều dây ra ......................................................................................................................................83
Hình vẽ 4-17: Điện kháng đường dây phụ thuộc vào dung kháng và vị trí đặt tụ bù dọc.....................84
Hình vẽ 4-18: Bảo vệ khoảng cách trên đường dây có bù dọc, a) Sơ đồ nguyên lý, b) khi bộ tụ làm
việc bình thường, c) khi bộ tụ bị nối tắt .............................................................................................85
Hình vẽ 4-19: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ theo hướng công suất thứ tự không ................................86

xi
CuuDuongThanCong.com

/>

Hình vẽ 4-20: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so sánh hướng công suất thứ tự không truyền tín hiệu cho
phép..................................................................................................................................................86
Hình vẽ 4-21: Sự biến thiên của dòng (a) và áp (b) tại chỗ đặt bảo vệ trước và sau thời điểm sự cố (t =
0)......................................................................................................................................................87
Hình vẽ 4-22: Phân bố dòng điện sự cố (điện dung) khi có chạm đất trên các đường dây khác nhau
trong lưới điện hình tia có trung tính không nối đất. (a) Chạm đất đường dây D3; (b) Chạm đất đường
dây D1 ..............................................................................................................................................89
Hình vẽ 4-23: Sơ đồ xác định góc lệch pha 0 giữa dòng (I0) và áp (U0) thứ tự không......................89
Hình vẽ 4-24: Sơ đồ nguyên lý sử dụng chung cho toàn trạm một bộ xác định hướng công suất thứ tự
không, có đổi nối trong mạch dòng điện thứ tự không của các đường dây..........................................90
Hình vẽ 4-25: Mắc điện trở song song với cuộn Petersen để tăng độ nhạy của bảo vệ chống chạm đất
.........................................................................................................................................................91
Hình vẽ 4-26: Nguyên lý của sơ đồ bảo vệ chống chạm đất “chập .....................................................92
Hình vẽ 5-1: Chạm đất trong cuộn dây Stato máy phát điện...............................................................95
Hình vẽ 5-2: Bảo vệ có hướng chống chạm đất cuộn dây stato máy phát điện đấu trực tiếp với thanh
góp điện áp máy phát: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véc tơ ...............................................................95

Hình vẽ 5-3: Phân bố thành phần hài bậc ba dọc theo cuộn dây stato máy phát điện, a) chế độ bình
thường; b) khi chạm đất ở trung điểm; c) ở đầu cực máy phát điện. ...................................................96
Hình vẽ 5-4: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất theo hài bậc 3: a) sơ đồ nguyên lý, b)
đồ thị véc tơ trong chế độ vận hành bình thường, c) khi có chạm đất gần trung điểm máy phát điện...97
Hình vẽ 5-5: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất có đưa thêm điện áp hãm 20Hz vào
trung điểm máy phát điện..................................................................................................................98
Hình vẽ 5-6: Ngắn mạch ba pha trong cuộn dây stato máy phát điện đồng bộ, a) sơ đồ nguyên lý, b)
phân bố sức điện động theo số vòng  của cuộn dây, c) và quan hệ giữa dòng sự cố với số vòng dây bị
ngắn mạch  ...................................................................................................................................100
Hình vẽ 5-7: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm cuộn dây stato máy phát ..........................................100
Hình vẽ 5-8: Bảo vệ so lệch dùng rơ le tổng trở cao đặt cho máy phát điện: a) Sơ đồ nguyên lý, b)
Mạch điện đẳng trị và phân bố điện áp trong chế độ làm việc bình thường, c) Mạch điện đẳng trị và
phân bố điện áp khi có ngắn mạch ngoài và nhóm BI2 bị bão hoà hoàn toàn....................................101
Hình vẽ 5-9: Bảo vệ khoảng cách cho bộ MPĐ-MBA: a) Sơ đồ nguyên lý, b) đặc tính thời gian......102
Hình vẽ 5-10: Đặc tuyến khởi động của rơ le khoảng cách dùng làm bảo vệ cho máy phát điện .......102
Hình vẽ 5-11: Bảo vệ quá dòng có khóa điện áp thấp làm bảo vệ dự phòng cho máy phát điện ........103
Hình vẽ 5-12: Bảo vệ so lệch ngang chống ngắn mạch giữa các vòng dây của máy phát điện công suất
lớn: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đặc tính khởi động................................................................................104
Hình vẽ 5-13: Bảo vệ cuộn dây máy phát điện có hai nhánh song song chống chạm chập giữa các vòng
dây..................................................................................................................................................104
Hình vẽ 5-14: Chạm đất trong cuộn dây roto MPĐ, a) Chạm đất một điểm, b) Hai điểm..................105

xii
CuuDuongThanCong.com

/>

Hình vẽ 5-15: Bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây roto máy phát điện dùng điện áp phụ
một chiều: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Dòng điện qua rơ le theo vị trí điểm chạm đất  và khi dùng nguồn
điện phụ xoay chiều: c) Sơ đồ nguyên lý, d) Dòng điện qua rơ le.....................................................105

Hình vẽ 5-16: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất cuộn dây roto máy phát điện có hệ thống kích từ không
chổi than với điốt chỉnh lưu lắp trực tiếp trên thân roto dựa trên nguyên lý đo điện dẫn ...................106
Hình vẽ 5-17: Đặc tính biến thiên của tổng trở đối với đất của mạch kích thích Hình vẽ 5-16 và đặc
tính tác động của rơ le đo điện dẫn để chống chạm đất mạch roto máy phát điện

đồng bộ: 1) Đặc

tính cắt, 2) Đặc tính cảnh báo ..........................................................................................................107
Hình vẽ 5-18: Sơ đồ nguyên lý phát hiện chạm đất trong cuộn dây roto máy phát điện dùng nguồn điện
phụ 1Hz có dạng sóng chữ nhật (a) và dạng sóng đặt vào bộ phận đo UM đối với các điện trở chạm đất
khác nhau (b và c) ...........................................................................................................................108
Hình vẽ 5-19: Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch đặt ở máy phát điện, a) sơ đồ nguyên lý, b) đặc
tính thời gian phụ thuộc tỷ lệ nghịch, c) độc lập có 2 cấp.................................................................109
Hình vẽ 5-20: Bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện, a) Thay đổi hướng công suất phản kháng Q, b)
Thay đổi tổng trở đo được ở cực MFĐ, c) Giới hạn thay đổi của công suất MPĐ.............................111
Hình vẽ 5-21: Sơ đồ bảo vệ chống mất kích thích ở máy phát điện sử dụng rơ le điện kháng cực tiểu:
a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véc tơ, c) Các dạng sóng của các đại lượng tương ứng ......................111
Hình vẽ 5-22: Quan hệ giữa mức quá tải và thời gian quá tải cho phép của các cuộn dây MPĐ........113
Hình vẽ 5-23: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống quá tải cuộn dây máy phát điện với 2 kênh đo lường độc
lập ..................................................................................................................................................113
Hình vẽ 5-24: Bảo vệ chống quá điện áp hai cấp đặt ở máy phát điện ..............................................114
Hình vẽ 5-25: Thời gian tích hợp cho phép vận hành máy phát điện ở tần số cao .............................115
Hình vẽ 5-26: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống công suất ngược ..................................................116
Hình vẽ 6-1: Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3
cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian BIG .................................................................................118
Hình vẽ 6-2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm cho máy biến áp 3 cuộn dây HM- hãm theo thành
phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hoá MBA....................................................................................118
Hình vẽ 6-3: Sơ đồ nguyên lý (a) và đặc tính thời gian (b) của bảo vệ khoảng cách đặt ở MBA hai
cuộn dây (hoặc MBA tự ngẫu) ........................................................................................................120
Hình vẽ 6-4: Ví dụ về rơ le khí đặt cho máy biến áp ........................................................................122

Hình vẽ 6-5: Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho máy biến áp : a) MBA hai cuộn dây, b)
MBA tự ngẫu..................................................................................................................................122
Hình vẽ 6-6: Sự phụ thuộc độ tăng nhiệt độ của dầu so với nhiệt độ môi trường làm mát và độ tăng
nhiệt độ cuộn dây so với nhiệt độ của dầu vào phụ tải xác lập..........................................................124
Hình vẽ 6-7: Sơ đồ bảo vệ quá nhiệt máy biến áp ............................................................................126
Hình vẽ 6-8: Phương thức bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây công suất bé ........................................126
Hình vẽ 6-9: Phương thức bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây công suất lớn........................................127
Hình vẽ 6-10: Phương thức bảo vệ máy biến áp tự ngẫu công suất lớn.............................................127

xiii
CuuDuongThanCong.com

/>

Hình vẽ 7-1: Thí dụ các sơ đồ nối điện không cần đặt bảo vệ thanh góp riêng.................................115
Hình vẽ 7-2: Thí dụ các sơ đồ nối điện cần bảo vệ riêng cho thanh góp ...........................................116
Hình vẽ 7-3: Các loại sơ đồ một hệ thống thanh góp........................................................................117
Hình vẽ 7-4: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có một máy cắt trên một mạch ......................................119
Hình vẽ 7-5: Sơ đồ hai thanh góp mỗi mạch được nối với hai hệ thống thanh góp qua hai máy cắt điện
.......................................................................................................................................................119
Hình vẽ 7-6: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch .........................................119
Hình vẽ 7-7: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có bốn máy cắt trên ba mạch .........................................120
Hình vẽ 7-8: Sơ đồ bố trí hệ thống thanh góp theo hình đa giác ......................................................120
Hình vẽ 7-9: Bảo vệ so lệch toàn phần của thanh góp đơn ...............................................................121
Hình vẽ 7-10: Bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp có phân đoạn với các phần tử phân bố lên cả hai
phân đoạn .......................................................................................................................................121
Hình vẽ 7-11: Sơ đồ nguyên lý so lệch dòng điện có hãm để bảo vệ thanh góp đơn ........................122
Hình vẽ 7-12:Đặc tính bảo vệ thanh góp dùng dòng điện hãm .........................................................123
Hình vẽ 7-13: Sơ đồ bảo vệ một hệ thống thanh góp có phân đoạn ..................................................123
Hình vẽ 7-14: Sơ đồ bảo vệ so lệch có hãm hệ thống hai thanh góp .................................................124

Hình vẽ 7-15: Bảo vệ thanh góp bằng rơ le tổng trở cao ................................................................124

xiv
CuuDuongThanCong.com

/>

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1: Một số ví dụ về các tỉ số của BI ......................................................................................... 8
Bảng 1-2: Cấp chính xác của một số loại máy biến dòng điện............................................................. 8
Bảng 1-3: Giới hạn sai số của BI có cấp chính xác 5P và 10P ............................................................. 9
Bảng 1-4: Giới hạn sai số của BU dùng cho bảo vệ ...........................................................................16
Bảng 2-1: Các ký hiệu và loại rơle ....................................................................................................32
Bảng 6-1: Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp.................................................................117

xv
CuuDuongThanCong.com

/>

PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ

xvi
CuuDuongThanCong.com

/>

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG
1.1 NHIỆM VỤ BẢO VỆ RƠ LE
Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện (HTĐ) nào, chúng ta cũng đều

mong muốn HTĐ đó phải được vận hành ở chế độ an toàn, tin cậy, và kinh tế nhất. Một HTĐ
thường rộng lớn về qui mô, trải dài trong không gian với nhiều thiết bị điện khác nhau từ phần
phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Do đó, trong bất cứ HTĐ nào cũng có thể phát
sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường đối với các phần tử trong
HTĐ đó. Nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng, hay sự cố đối rất đa dạng:
Do các hiện tượng thiên nhiên: như giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…
Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót
trong bảo dưỡng thiết bị điện…
Các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu
nhiên, tình trạng làm việc bất thường của HTĐ…
Các sự cố nguy hiểm nhất có thể xảy ra trong HTĐ thường là các dạng ngắn mạch. Khi
ngắn mạch, dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến
điểm ngắn mạch có thể gây ra những tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó chạy
qua. Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để tồn tại lâu có thể đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn.
Ngắn mạch cũng làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh
hưởng đến sự làm việc bình thường của các hộ tiêu dùng điện. Trường hợp nguy hiểm nhất,
ngắn mạch có thể dẫn đến mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ.
Các dạng ngắn mạch thường gặp trong HTĐ:
Ngắn mạch ba pha chiếm khoảng 5%
Ngắn mạch hai pha chiếm khoảng 10%
Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm khoảng 20%
Ngắn mạch một pha chiếm khoảng 65%
Phân loại hư hỏng theo thiết bị trong HTĐ, với tỷ lệ hư hỏng:
Đường dây tải điện trên không chiếm khoảng 50%
Đường dây cáp chiếm khoảng 10%
Máy cắt điện chiếm khoảng 15%
Máy biến áp chiếm khoảng 12%
Máy biến dòng điện, biến điện áp chiếm khoảng 2%
Thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ chiếm khoảng 3%
Các loại khác chiếm khoảng 8%

Ngoài các loại ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không
bình thường. Phổ biến nhất là hiện tượng quá tải, lúc đó dòng điện tải tăng, làm tăng nhiệt độ
của các phần dẫn điện. Nếu tình trạng quá tải kéo dài, làm cho thiết bị điện bị phát nóng quá
giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng dẫn đến các
sự cố nguy hiểm như ngắn mạch. Chính vì vậy mà trong khi tính toán thiết kế và vận hành
1
CuuDuongThanCong.com

/>

HTĐ, người ta cũng rất phải quan tâm đến các tình trạng làm việc không bình thường, vì nó
chính là các nguyên nhân dẫn đến các sự cố nguy hiểm.
Do đó, nhiệm vụ của các thiết bị bảo vệ rơle là phát hiện và nhanh chóng loại trừ phần
tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu
quả tai hại của sự cố. Ngoài ra, thiết bị bảo vệ còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm
việc không bình thường của các phần tử trong HTĐ. Tuỳ mức độ quan trọng của thiết bị điện
mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt điện.
Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các HTĐ hiện đại là các rơle. Ngày
nay, khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm
chức năng bảo vệ và tự động hóa HTĐ, thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm
vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống.

1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE
1.2.1 Tính tin cậy
Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn. Cần phân biệt hai
khái niệm sau:
Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống bảo vệ rơle sẽ tác động
đúng. Nói cách khác, độ tin cậy khi tác động 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.
Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ không

làm việc sai. Nói cách khác, độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm
ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui
định.
Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể được kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán
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
được.
Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản, chắc
chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng trong
hệ thống bảo vệ. Qua số liệu thống kê 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)%.

1.2.2 Tính chọn lọc
Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ
thống điện. Xét ví dụ đối với mạng điện cho ở Hình vẽ 1-1.
Khi ngắn mạch tại điểm N1 trên đường dây BC, để đảm bảo tính chọn lọc thì bảo vệ
phải cắt máy cắt 5 ở đầu đường dây bị hư hỏng BC. Như vậy tất cả các hộ tiêu thụ điện
(trừ những hộ nối vào thanh góp C) sẽ tiếp tục làm việc bình thường sau khi máy cắt 5.

2
CuuDuongThanCong.com

/>

Hình vẽ 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle
Khi ngắn mạch tại điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc thì bảo vệ cần phải cắt các máy
cắt 1 và 2 ở hai đầu đường dây bị hư hỏng và việc cung cấp điện cho trạm B vẫn được
duy trì.
Theo nguyên lý làm việc, tính chọn lọc của các bảo vệ được phân ra:
Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ 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 tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện hoặc máy biến áp
(MBA)).
Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được
bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận (ở ví dụ
trên: Bảo vệ 5 có thể làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ 6).
Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có tính chọn lọc tương đối, cần
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.

1.2.3 Tính tác động nhanh
Tính tác động nhanh của bảo vệ rơle là yêu cầu quan trọng vì việc cách ly càng nhanh
chóng phần tử bị ngắn mạch, sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị, càng giảm
được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn và càng
nâng cao khả năng duy trì ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ HTĐ. 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 phức tạp và đắt tiền. Vì vậy yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tuỳ thuộc vào
những điều kiện cụ thể của HTĐ và tình trạng làm việc của phần tử được bảo vệ trong HTĐ.
Bảo vệ rơle được gọi là tác động nhanh (có tốc độ cao) nếu thời gian tác động không
vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dòng điện tần số 50Hz). Bảo vệ rơle được gọi là tác động tức
thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơle. Hai khái niệm tác động
nhanh và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle hoặc bảo vệ có thời
gian tác động không quá 50ms.
Thời gian cắt sự cố tC gồm hai thành phần: thời gian tác động của bảo vệ tBV và thời
gian tác động của máy cắt tMC : t C  t BV  t MC
Với HTĐ hiện đại, yêu cầu thời gian loại trừ sự cố rất nhỏ, để đảm bảo tính ổn định.
Đối với các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại tMC = (20  60)ms (từ 1  3 chu kỳ 50Hz).
Những máy cắt thông thường có tMC ≤ 5 chu kỳ (khoảng 100ms ở 50Hz). Vậy thời gian loại
trừ sự cố tC khoảng từ 2  8 chu kỳ ở tần số 50Hz (khoảng 40160ms) đối với bảo vệ tác

động nhanh.
3
CuuDuongThanCong.com

/>

Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ
chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,21,5) giây, bảo vệ dự phòng khoảng
(1,52,0) giây.

1.2.4 Độ nhạy
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ. Độ
nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào
rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt
vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố,
nghĩa là rơle tác động càng nhạy.
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ
(mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các đường dây làm việc song
song, hay đơn lẻ), dạng ngắn mạch (ba pha, một pha, …), vị trí của điểm ngắn mạch (gần
nguồn, hay xa nguồn), . . .
Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,52,0 còn đối với
bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,21,5.

1.2.5 Tính kinh tế
Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong HTĐ không phải để làm việc thường xuyên trong
chế độ vận hành bình thường, mà ở chế độ luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và
sự cố có thể xảy ra để có những tác động chuẩn xác.
Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị
bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị của công trình. Vì vậy yêu cầu về kinh tế
không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu không thoả mãn

được các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện.
Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và
yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy điện hoặc lưới
truyền tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho
có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và chi phí thấp nhất.
Năm yêu cầu trên trong nhiều trường hợp mâu thuẫn nhau, ví dụ muốn có được tính
chọn lọc và độ nhạy cao cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp, bảo vệ càng phức tạp,
càng khó thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy; hoặc những yêu cầu cao về kỹ thuật sẽ làm tăng chi
phí cho thiết bị bảo vệ. Vì vậy trong thực tế cần dung hòa ở mức tốt nhất các yêu cầu trên
trong quá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ cũng như tổ hợp toàn bộ các thiết bị bảo vệ, điều
khiển và tự động trong hệ thống điện.

1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE
Trong trường hợp tổng quát gồm, một hệ thống bảo vệ rơle được mô tả trong Hình vẽ
1-2, bao gồm các bộ phận chính như sau:

4
CuuDuongThanCong.com

/>

Các phần từ trong hệ thống điện

~
F

Đo lường và xử lý
tín hiệu
(BI, BU,
AC/DC…)

~
=

M
BU

Đ/D

Phân tích, so sánh
logic phát hiện sự
cố
Gôm các loại rơle
21, 50, 51, 87 …

Hiển thị và ghi nhớ
sự kiện

Đ/C…

Mạch điều khiển
các tín hiệu, mạch
máy cắt, …

Nguồn một chiều

Hình vẽ 1-2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ
1 Bộ phận đo lường: gồm các máy biến dòng điện (BI hoặc là CT), máy biến điện áp (BU
hoặc là VT), các thiết bị đo lường khác để làm nhiệm vụ đo lường các đại lượng dòng
điện, điện áp, tần số …Các tín hiệu sơ cấp có thể được đưa vào các bộ lọc các thành
phần đối xứng, hoặc các thiết bị biến đổi AC/DC để đưa tín hiệu vào hệ thống các rơle

2 Bộ phận phân tích và so sánh logic: gồm các rơle có nhiệm vụ là phân tích và so sánh
các tín hiệu đưa vào với các giá trị khởi động cho trước để đánh giá tình trạng làm việc
của HTĐ là bình thường, không bình thường (quá tải) hay là sự cố. Tương ứng với các
tình trạng đó, rơle sẽ gửi tín hiệu đến cơ cấu thực hiện. Đối với mỗi nguyên tắc bảo vệ
khác nhau thì sẽ có các loại rơle với phương pháp tính toán khác nhau.
3 Bộ phận thực hiện: gồm các rơle trung gian, máy cắt (MC) … có nhiệm vụ thực hiện
việc báo tín hiệu, hoặc cắt máy cắt trong các trường hợp sự cố
4 Hệ thống nguồn điện một chiều: có nhiệm vụ là cung cấp nguồn cho hệ thống các rơle,
cuộn cắt của MC, chuông, đèn…
5 Kênh thông tin truyền tín hiệu: dùng để truyền tín hiệu điều khiển, phối hợp bảo vệ,
thông tin …
Trong Hình vẽ 1-3, tiếp điểm phụ MCF của máy cắt điện (hoặc của rơle phản ánh vị trí
của máy cắt) có khả năng cắt dòng điện lớn để ngắt mạch dòng điện cung cấp cho cuộn cắt
trước khi tiếp điểm của rơle trở về, đảm bảo cho tiếp điểm của rơle khỏi bị cháy vì phải ngắt
dòng điện lớn.
Những năm trước đây sơ đồ bảo vệ rơle thường được tổ hợp từ nhiều rơle và nhiều thiết
bị riêng lẻ, mỗi phần tử hoặc nhóm phần tử thực hiện một chức năng nhất định trong sơ đồ
bảo vệ. Ngày nay mỗi đối tượng cần được bảo vệ chỉ cần dùng một bộ bảo vệ. Để tăng cường
độ tin cậy có thể đặt thêm một bộ thứ hai với tính năng tương đương nhưng hoạt động theo
một nguyên lý khác hoặc do nhà sản suất khác chế tạo.

5
CuuDuongThanCong.com

/>

Thanh góp
BI

Máy cắt điện

Mạch điện được bảo vệ
MCF

CC

Nguồn
-

KĐK

+

RL
BU

Cầu chì

Tín hiệu cắt

Hình vẽ 1-3: Vì dụ về một cấu trúc của hệ thống bảo vệ
Nguyên lý dự phòng này còn được áp dụng cho mạch máy biến dòng điện và điện áp,
cho nguồn điện thao tác và cho cả cuộn cắt của máy cắt điện như Hình vẽ 1-4.

BI1

BI2

Máy cắt điện

Mạch được bảo vệ

MC
MC
CC

CC2

KĐK

N2

+
N1

+

CCh1

BV

CCh

BV2

BU

Hình vẽ 1-4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ có dự phòng để tăng cường độ tin cậy

6
CuuDuongThanCong.com

/>

1.4 MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI, CT)
1.4.1 Khái niệm về máy biến dòng điện
Máy biến dòng điện (BI, CT= Current Transformer) là một loại thiết bị điện dùng để
biến đổi dòng điện lớn ở phía mạch sơ cấp về các dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (1A, hoặc 5A)
dùng cho mục đích bảo vệ và đo lường. Đồng thời các máy biến dòng còn làm nhiệm vụ cách
ly giữa mạch sơ cấp có dòng điện lớn, điện áp cao khỏi mạch bảo vệ ở phía thứ cấp. Điều này
cho phép chế tạo theo qui chuẩn các thiết bị bảo vệ và đo lường, cũng như các thiết bị tự động
khác.

1.4.2 Sơ đồ thay thế và ký hiệu máy biến dòng điện
Đối với một số thiết bị đo lường và bảo vệ làm việc theo góc lệch pha của dòng điện cần
phải nối đúng đầu các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng. Các đầu cuộn dây sơ
cấp được ký hiệu S1 và S2, còn các đầu cuộn dây thứ cấp T1 và T2. Các đầu cùng tên (đôi khi
là S1 và T1) đôi khi được đánh dấu (*) hoặc nếu trên hình vẽ không ghi ký hiệu thì được hiểu
là đầu cùng tên (S1 và T1 hoặc S2 và T2) nằm cạnh nhau. Các đầu dây được xác định theo quy
tắc sau: Chọn đầu S1 của cuộn sơ cấp với qui ước là khi giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp
IS đi từ đầu S1 đến S2 còn dòng điện thứ cấp IT sẽ đi từ T2 đến T1 (Hình vẽ 1-5 - a).

Hình vẽ 1-5: Máy biến dòng cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng
Các đầu dây của máy biến dòng có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm. Theo sơ đồ
đơn giản gồm một Miliampemet có thang đo về hai phía và một bộ pin hoặc ắc quy như Hình

7
CuuDuongThanCong.com

/>

vẽ 1-5 - b. Nếu các đầu dây đấu đúng như hình vẽ thì khi công tắc K đóng kim của mA lệch
về phía cực dương (+), còn khi công tắc K mở thì kim sẽ lệch về phía cực âm (-).

1.4.3 Sai số của máy biến dòng và yêu cầu về độ chính xác
Các cuộn sơ cấp của BI thường có một đến hai vòng, trong khi đó cuộn dây phía thứ cấp
của BI thường có nhiều vòng dây. Nếu bỏ qua tổn thất thì
IT 

IS
nI

trong đó:
IT: Dòng điện phía thứ cấp của BI.
IS: Dòng điện phía sơ cấp của BI.
nI: Tỷ số biến đổi của máy biến dòng.
Các tỉ số biến đổi thường có của BI cho trong bảng sau
Bảng 1-1: Một số ví dụ về các tỉ số của BI
Dòng điện

50:5

100:5

200:5

400:5

600:5

1000:5

2000:5

Tỉ số

10

20

40

80

120

200

400

Tuy nhiên thì bao giờ các máy biến dòng điện cũng có tổn thất, có dòng điện từ hóa I .
Dòng điện từ hóa tỉ lệ với tổng trở mạch của mạch thứ cấp vì thế sai số của BI tỉ lệ với tổng
trở thứ cấp của BI. Các loại sai số của BI gồm có:
1 Sai số về trị số dòng điện: bằng hiệu số giữa biên độ dòng điện sơ cấp sau khi đã tính
n .I  I
đổi (I’S) và dòng điện thứ cấp IT. sai số % = I T S .100
IS
2 Sai số góc i: bằng góc lệch pha  giữa véc tơ dòng điện sơ cấp và véc tơ dòng điện thứ
cấp.
3 Sai số phức hợp Fi: bằng trị số hiệu dụng của dòng điện “thứ cấp lý tưởng” với dòng
điện thứ cấp thực tế, nó bao gồm các sai số về trị số và sai số về góc pha có kết hợp xét

đến ảnh hưởng của các hài bậc cao trong dòng điện từ hoá.
T

Fi% = 100.

1
(niiT  iS ) 2 dt

T0
IS

trong đó:
Fi%: Sai số phức hợp tính bằng %.
T: Chu kỳ của dòng điện xoay chiều S.
ni: Tỷ số biến đổi của máy biến dòng.
iT: Giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp.
IS và iS tương ứng là giá trị hiệu dụng và tức thời của dòng điện sơ cấp
Cấp chính xác của máy biến dòng dùng cho đo lường và bảo vệ theo Bảng 1-2.
Bảng 1-2: Cấp chính xác của một số loại máy biến dòng điện
Lĩnh vực áp dụng

EEC
(Châu Âu)

Theo tiêu chuẩn
VCD
(Đức)

ANSI
(Mỹ)

8

CuuDuongThanCong.com

/>

Lấy chuẩn dụng cụ đo đồng hồ mẫu
Đo chính xác
Đo đếm điện năng
Đo lường công nghiệp đại lượng U,I,P,Q
Mạch Ampemet, Volmet, rơle quá dòng quá áp
Lõi từ dùng cho bảo vệ

0,1
0,2
0,5
1,0
3,5
5P, 10P

0,1
0,2
0,5
1,0
3,0
5P, 10P

0,2
0,3
0,6

1,2
1,2
C, T

Các thiết bị bảo vệ rơle phải làm việc trong điều kiện sự cố với dòng điện sơ cấp vượt
nhiều lần so với dòng điện định mức, tuy vậy vẫn phải đảm bảo độ chính xác cần thiết.
Trị số dòng điện sơ cấp mà ở đó BI còn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu được gọi là
dòng điện giới hạn theo độ chính xác.
Tỷ số dòng điện giới hạn theo độ chính xác và dòng điện định mức gọi là hệ số giới hạn
theo độ chính xác.
Các BI dùng cho thiết bị bảo vệ có cấp chính xác 5P và 10P, sai số cho phép về trị số
(fi); góc pha (i, phút) và sai số phức hợp (Fi%) theo Bảng 1-3
Bảng 1-3: Giới hạn sai số của BI có cấp chính xác 5P và 10P

Cấp chính xác

fi%

5P

±1

10P

±3

i, phút

Fi%
5

±60

10

Hệ số giới hạn theo độ chính xác: 5, 10, 15, 20 và 30

Fi  5%
Fi  10%




Hình vẽ 1-6: Sai số của BI và sơ đồ thay thế của BI dùng trong bảo vệ
Thông số của BI dùng trong đo lường thường được ký hiệu theo phụ tải định mức và
cấp chính xác, chẳng hạn 15VA; 0,5; còn BI dùng trong bảo vệ được ký hiệu theo phụ tải định
mức, cấp chính xác và hệ số giới hạn theo độ chính xác, chẳng hạn 10VA, cấp 10P10 (số 10
sau cùng là hệ số giới hạn theo độ chính xác). Trên Hình vẽ 1-6 giải thích sai số và sơ sơ đồ
thay thế của của BI dùng trong bảo vệ.

9
CuuDuongThanCong.com

/>