Bài giảng bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
1

BẢO VỆ RƠLE
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
(45 tiết)

Giảng viên
TS. NGUYỄN DUY KHIÊM
ĐT 091 39 86 0 68; Email:


NỘI DUNG CỦA HỌC PHẦN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

2


Mở đầu. Khái niệm chung về BVRL



Chương 1. Các phần tử chính trong hệ thống BVRL



Chương 2. Các nguyên lý đo lường và phát hiện sự cố trong HTĐ



Chương 3. Bảo vệ các đường dây truyền tải và phân phối điện



Chương 4. Bảo vệ các máy biến áp điện lực



Chương 5. Bảo vệ máy phát điện



Chương 6. Bảo vệ hợp bộ máy biến áp – máy phát



Chương 7. Bảo vệ thanh góp



Chương 8. Bảo vệ động cơ điện



Chương 9. Bảo vệ cao tần và vô tuyến


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

3


[1]. GS.TSKH.Trần Đình Long, “Bảo vệ các hệ thống điện”, Nhà xuất bản KH&KT, Hà Nội,

2007


[2]. TS. Trần Quang Khánh, “Bảo vệ rơ le và tự động hóa hệ thống điện”, Nhà xuất bản
Giáo dục. Hà Nội 2009



[3]. TS. Nguyễn Hoàng Việt, “Bảo vệ rơle và tự động hoá trong hệ thống điện”, NXB
ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2001



[4]. TS. Phạm Hồng Thái, Ks.Vũ Văn Tẩm, “Rơle số lý thuyết và ứng dụng”, NXB Giáo
dục, 2001



[5]. GS.TS. Lê Kim Hùng, “Bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện”, NXB Đà
Nẵng, 2004



[6]. GS.TSKH. Trần Đình Long, “Tự động hóa hệ thống điện”, Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội 2004



[7]. Richard Roeper, “Short - Circuit Currents in Three-Phase Systems”. Second edition.
John Wiley and Sons. Siemens Aktiengesellchaft. 1985


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

4

M1. Sự cố trong HTĐ
M2. Khái niệm về BVRL
M3. Cấu trúc của một hệ thống BVRL
M4. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ
M5. Phân loại
M6. Ký hiệu
M7. Những thông tin cần thiết phục vụ việc lựa chọn và tính toán HTĐ


M1. SỰ CỐ TRONG HTĐ
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

5

 Các dạng NM: N(3) N(2) N(1,1) N(1)

 Các chế độ làm việc không bình thường

 Đứt 1 dây pha; Đứt 2 dây pha.
 Tuột lèo.
 Vừa NM vừa đứt dây; NM ở nhiều vị trí khác nhau (sự cố phức tạp)


M1. SỰ CỐ TRONG HTĐ
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

6

 Nguyên nhân
 Cách điện của các thiết bị điện bị già cỗi;
 Quá điện áp (sét đánh);
 Các ngẫu nhiên khác (rắn bò, chim đậu, thả diều, gió bão…);
 Do con người rây ra (do thao tác nhầm, đóng điện sau sửa chữa quên
tháo dây nối đất…).

 Hậu quả


Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ tăng cao, gây cháy nổ;



Tăng lực điện động;



Gây sụt áp lưới điện;



Tạo ra các thành phần dòng điện không đối xứng;



Mất ổn định hệ thống điện; làm gián đoạn cung cấp điện.


M1. SỰ CỐ TRONG HTĐ
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

7

 Mục đích của việc tính toán ngắn mạch
 So sánh, đánh giá, lựa chọn sơ đồ nối điện thích hợp;
 Chọn các khí cụ điện, dây dẫn, thiết bị điện phù hợp;
 Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng công
suất…;
 Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch;

 Phân tích ổn định; phân tích hiện tượng cộng hưởng, quá điện áp…;
 Tính toán, thiết kế, chỉnh định các thiết bị bảo vệ rơle


M2. KHÁI NIỆM VỀ BVRL
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

8

 Bảo vệ rơle
Là hệ thống thiết bị tự động có khả năng phát hiện nhanh các phần tử bị
sự cố và cô lập chúng để duy trì sự hoạt động bình thường cho đối tượng
được bảo vệ.

 Lịch sử
 Tiền thân là dây chì;
 Rơle và máy cắt ra đời
 Phát hiện vào những năm 30 của thế kỷ 19;
 Năm 60 xuất hiện rơle tĩnh, rơle số ra đời vào những năm 70;

 Đưa vào sử dụng những năm 80 và phát triển qua 3 thế hệ:
 Thế hệ I: Đơn giản, ít chức năng, chưa giao tiếp mạnh;
 Thế hệ II: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp SCADA;
 Thế hệ III: Cấu hình mạnh, đa chức năng, giao tiếp linh hoạt, lập
trình được, giao nhập mạnh với SCADA (TĐH – HTĐ).


M3. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG BVRL
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

9


Các phần tử chính


BI, BU: Các thiết bị biến đổi đại lượng đầu vào;



Rơle: Thực hiện các chức năng bảo vệ (phát hiện, so sánh, ra quyết
định tác động);



Cơ cấu chấp hành: MC, cuộn cắt, các tiếp điểm phụ…;



Nguồn thao tác: Ắc quy, nguồn xoay chiều chỉnh lưu, năng lượng nạp
sẵn trong các tụ điện.



Các phần tử phụ trợ


Các hệ thống cảnh báo;



Hệ thống thông tin điện lực, điều khiển.


M4. NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BVRL
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

10


Tác động nhanh

t N  tbv  tmc





tbv ≤ 50ms (hiện nay tbv ≈ 1 chu kỳ (20ms);



tmc - khoảng 2 ÷ 3 chu kỳ (40 ÷ 60ms) đối với MC hiện đại.

Tính chọn lọc
Khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi
hệ thống.



Độ tin cậy
Đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng và chắc chắn.


M4. NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BVRL
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

11


Độ nhạy
Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống BVRL, nó
được biểu thị bằng hệ số nhạy:

I N min
knh 
I kđ
Bảo vệ chính 1,5 ÷ 2; Bảo vệ dự phòng 1,2 ÷ 1,5


Tính kinh tế
Tùy theo đối tượng bảo vệ mà cần phải lựa chọn phương thức bảo vệ phù hợp
để đảm bảo về mặt kinh tế - kỹ thuật.


M5, 6. PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

12




Phân loại


Theo phương pháp tác động của MC;



Theo nguyên lý làm việc;



Theo đặc điểm dự phòng.

Ký hiệu


Sơ đồ:


Sơ đồ khối;



Sơ đồ nguyên lý;



Sơ đồ khai triển;



Sơ đồ thi công.



Bằng chữ : I> ; I>>; Z…



Bằng số : 51; 50; 21…


M7. NHỮNG THÔNG TIN CẦN THIẾT PHỤC VỤ CHO VIỆC LỰA
CHỌN VÀ TÍNH TOÁN BVHTĐ
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

13




Các yêu cầu đối với HTĐ


Công suất huy động (CS NM) của HTĐ: SNmax ; SNmin ;



Quan hệ tổng trở thứ tự nghịch và không: Z2/Z0 ;



Cấu hình của lưới điện;



Chế độ điểm trung tính.

Các phần tử trong HTĐ


MFĐ: Điện kháng siêu quá độ Xd ’’; Điện áp và công suất danh định UdđF;
SdđF ;



MBA: Điện áp ngắn mạch UN %; tỷ số biến áp k; tổ đấu dây; các nấc
điều chỉnh đầu phân áp Δup/a ;



ĐD: Loại dây Z1/Z0 ; chiều dài L(km);



Yêu cầu thời gian loại trừ sự cố tối đa tNmax;


M7. NHỮNG THÔNG TIN CẦN THIẾT PHỤC VỤ CHO VIỆC LỰA
CHỌN VÀ TÍNH TOÁN BVHTĐ
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

14


Nhiệm vụ thiết kế bảo vệ



Lựa chọn sơ đồ (phương thức) bảo vệ, tính toán thông số cài đặt cho bảo vệ



Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ (độ nhạy, độ an toàn, vùng tác động)

Câu hỏi ôn tập
1.

Cách tính dòng ngắn mạch tại vị trí ngắn mạch cho các dạng NM: ba pha, hai pha,
hai pha chạm đất, một pha.

2.

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch.

3.

Cấu trúc của một hệ thống bảo vệ rơle.

4.

Các yêu cầu của hệ thống bảo vệ rơle.

5.

Vì sao cần phải sử dụng hệ thống bảo vệ rơle. Những lợi ích mang lại.

Kết thúc phần mở đầu


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

15

1. Biến dòng điện
2. Biến điện áp
3. Rơle
4. Nguồn thao tác

5. Các thiết bị phụ trợ


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

16

 Tên gọi chung
BI, TI, CT

Ký hiệu

 Nhiệm vụ
 Biến đổi tỉ lệ dòng điện sơ cấp sang thứ cấp (5A hoặc 1A hoặc 0,1A);
 Cách ly mạch sơ cấp và mạch thứ cấp.

BI cao áp – Sơ đồ nguyên lý

BI hạ áp – Sơ đồ nguyên lý


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

17

 Tỉ số biến dòng điện, sơ đồ thay thế, sai số và phụ tải
 Tỉ số biến dòng điện:

I sc.dđ
nBI 
I tc.dđ

 Sơ đồ thay thế

 Sai số và phụ tải
 Sai số BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa
 Tải tăng → Uthứ cấp tăng → tăng dòng từ hóa → tăng sai số BI


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

18

 Qui ước cực tính của BI
 Cần thiết với bảo vệ làm việc 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 rơle không đổi chiều


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

19

 Qui ước cực tính của BI
 Khai báo cực tính của BI (rơle số)


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

20

 Công dụng của BI
 BI dùng cho đo lường

 BI dùng cho bảo vệ

 Công suất định mức

 Công suất định mức

 Cấp chính xác

 Cấp chính xác
 Có thêm thông số ALS: hệ số giới
hạn dòng điện theo cấp chính xác


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
21

Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

 So sánh BI dùng cho đo lường – Bảo vệ rơle


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

22

 Sơ đồ nối các biến dòng và rơle

 Sơ đồ sao hoàn toàn

IV  ITA  ITB  ITC
ISA

ISB

ISC

ITA

ITB

I SA I SB I SC



nIA nIB nIC

I SA  I SB  I SC
IV 
nI
ITC

 Chế độ làm việc bình thường hoặc phụ tải đối xứng

I SA  I SB  I SC  0
IV
BI: Y ; RL: Y
IRL = If ; ksđ =1

(3 BI giống nhau)

→ Rơle không tác động

 Khi có ngắn mạch

3I 0
IV 
0
nI

→ Rơle tác động


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

23

 Sơ đồ nối các biến dòng và rơle
 Sơ đồ nối theo kiểu sao khuyết

ISA

ISB

ISA

ISC

 Sơ đồ nối theo kiểu hình số 8

ISB

ISC

Nhược điểm
ITA

ITC

ITA

Ngắn mạch trên pha B

ITC

→ Rơ le không tác động

H 1.6

IV

IV
BI: V ; RL: V
IRL = If ; ksđ =1

IV  ITA  ITC   ITB

IRL = ITA ‫ ־‬ITC ;
ksđ =1

IV  ITA  ITC  3. ITA  3. ITC


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

24

 Sơ đồ nối các biến dòng và rơle
 Sơ đồ nối theo kiểu tam giác

ISA

ISB

ISC

BI: Δ ; RL: Y
IRL = If ; ksđ =√3
 Sơ đồ này thường dùng
cho bảo vệ máy biến áp

ITA

ITB

ITC


Chương 1. CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTBVRL
1. BIẾN DÒNG ĐIỆN
Nguyễn Duy Khiêm – Bộ môn Kỹ thuật điện

25

 Các bộ lọc dòng điện
 Để nâng cao độ chọn lọc, nhiều hộp bộ biến dòng điện sẽ lọc dòng điện
thứ tự nghịch và thứ tự không cấp cho rơle.
1. Bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch

IA

U MN  U R1  U XR 2  0
→ Rơle không tác động

ITA
R1

UR1

UR2

ISA
UMN
X

ω2

UXR2

IA

IC

IB

ω

UMN = 0
UXR2

IB

UR1
UXR2

UR2
ITC

UX

UMN

R2

ISC

UR1

UX
IC

U MN  U R1  U XR 2  0
→ Rơle tác động