Tài liệu Phân xưởng Điện Cao Thế pdf

Phân xưởng Điện Cao Thế
PHẦN I
BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
MBA là phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống phát, truyền tải và phân phối.
Do đó bảo vệ phần tử này phải làm việc với độ tin cậy cao. Sơ đồ bảo vệ tùy thuộc vào
cỡ MBA. Công suất định mức MBA được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối
từ vài trăm KVA đến vài trăm MVA. Đối với MBA nhỏ có thể dùng cầu chì để bảo
vệ, đối với MBA cỡ trung bình bảo vệ dòng điện được dùng, các MBA công suất
lớn thì bảo vệ so lệch sẽ là bảo vệ chính.
I. Các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của MBA:
Sự cố MBA có thể chia làm 2 loại:
- Sự cố bên ngoài MBA.
- Sự cố bên trong MBA.
1. Sự cố bên ngoài MBA:
Sự cố bên ngoài gồm có sự cố hay các hiện tượng nguy hiểm xảy ra bên ngoài
MBA như quá tải, quá điện áp, tần số thấp, ngắn mạch ngoài…
Trong trường hợp có sự cố bên ngoài MBA, sự cố phải được cách ly khỏi MBA,
nếu sự cố ấy không được cắt ra trong khoảng thời gian định trước có thể dẫn đến hư
hỏng MBA.
Đối với sự cố bên ngoài, bảo vệ dòng điện thường được dùng làm bảo vệ dự trữ.
MBA không cho phép chịu quá tải trong thời gian dài và Relay nhiệt được dùng để phát
hiện tình trạng quá tải và cho tín hiệu báo động.
2. Sự cố bên trong MBA:
Sự cố bên trong MBA gồm các sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ của MBA (bên
trong vị trí đặt BI).
Sự cố bên trong MBA được chia làm 2 nhóm: Sự cố gián tiếp và trực tiếp.
- Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố chính trực tiếp nếu
không phát hiện và xử lý kịp thời. Ví dụ như bên trong MBA có quá nhiệt,
quá từ, áp suất dầu thay đổi…
- Sự cố trực tiếp là ngắn mạch bên trong các cuộn dây, hư hỏng cách điện
làm thay đổi đột ngột các thông số điện.

Bảo vệ sự cố trực tiếp phải tác động tức thời cách ly MBA bị sự cố ra khỏi hệ
thống để giảm hư hỏng MBA, giảm ảnh hưởng đến hệ thống. Sự cố gián tiếp không đòi
hỏi tác động nhanh cắt MBA, nhưng phải được phát hiện, báo động để người vận hành
xử lý.
Sự cố gián tiếp và trực tiếp và trực tiếp được phát hiện bởi các Relay khác nhau.
Để phát hiện sự cố gián tiếp thường người ta dùng Relay quá nhiệt, Relay hơi, Relay áp
suất dầu…Sự cố trực tiếp được phát hiện bằng các Relay so lệch, Relay dòng điện…
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 1
Phân xưởng Điện Cao Thế
II. Bảo vệ chống sự cố trực tiếp bên trong MBA:
1. Bảo vệ quá dòng:
a/. Cầu chì: Thường dùng bảo vệ cho MBA phân phối nhỏ. Cầu chì là phần tử
bảo vệ quá dòng điện và chịu được dòng điện cực đại của MBA. Cầu chì phải không
được đứt trong khoảng thời gian ngắn quá tải như động cơ khởi động, dòng điện từ hóa
nhảy vọt khi đóng MBA không tải…
Cầu chì có khả năng ngắt cao HRC thường được dùng để bảo vệ MBA, cầu chì
này tác động rất nhanh khi dòng điện ngắn mạch lớn nhưng cắt rất chậm với dòng điện
nhỏ hơn 3 lần định mức của nó. Điều đó nói rằng cầu chì bảo vệ hệ thống bằng cách
cách ly MBA chạm nếu dòng điện chạm đạt đến một trị số nhất định nào đó.
b/. Relay quá dòng điện: Đối với MBA lớn 100kVA và lớn hơn có trang bị máy
cắt thường được bảo vệ bằng nguyên tắc quá dòng điện. Đặc tính thời gian làm việc
được phối hợp với mạch bảo vệ thứ cấp MBA. Bảo vệ cắt nhanh có thể được thêm vào,
trị số đặt của nó được tính để tránh tác động khi ngắn mạch phía thứ cấp MBA, cầu chì
HRC được dùng để dự trữ cho máy cắt.
Nhiệm vụ chính của cắt nhanh là cắt nhanh khi ngắn mạch đầu cực MBA do đó
trị số chỉnh định tương đối cao.
Bảo vệ dòng điện là bảo vệ chính cho MBA nhỏ và là bảo vệ dự trữ cho MBA
lớn.
2. Bảo vệ so lệch MBA:
a/. Đối với MBA 2 cuộn dây:

Đối với MBA công suất lớn (> 1MVA) bảo vệ so lệch là bảo vệ chính. Các yếu tố
cần quan tâm khi thực hiện bảo vệ so lệch:
* Chọn BI: Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp MBA 2 cuộn dây phụ thuộc
vào công suất định mức MBA và tỷ lệ nghịch với điện thế.
Đối với MBA 3 cuộn dây, dòng điện định mức phụ thuộc vào công suất cuộn dây
tương ứng. BI được chọn có định mức phía sơ cấp bằng hay lớn hơn dòng định mức của
cuộn dây MBA mà nó được đặt.
* Chọn sơ đồ nối dây BI: Sơ đồ BI được chọn để bù sự lệch pha giữa các dòng
điện dây ở các phía MBA.
* Thay đổi đầu phân áp MBA làm thay đổi tỷ số biến đổi MBA.
* Relay so lệch có hãm.
b/. Đối với MBA 3 cuộn dây:
Giống như bảo vệ MBA 2 cuộn dây, tổng dòng điện tải phía thứ cấp 2BI sẽ cân
bằng với dòng thứ cấp phía nguồn.
a/. Cầu chì: Thường dùng bảo vệ cho MBA phân phối nhỏ. Cầu chì là
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 2
Phân xưởng Điện Cao Thế
c/. Máy biến dòng phụ cho bảo vệ so lệch:
I Ngoài BI chính người ta có thể dùng BI phụ để bù lệch pha, để hiệu chỉnh dòng
không cân bằng vào Relay do các đầu phân áp do khác tỷ số biến đổi giữa MBA và BI
chính. Đối với MBA 2 cuộn dây máy biến dòng phụ được phối hợp với điều kiện dòng
phụ tải lớn nhất của MBA.
d/. Bảo vệ so lệch khi có dòng từ hóa nhảy vọt:
Khi đóng điện MBA không tải dòng điện từ hóa nhảy vọt xuất hiện phía nguồn,
tổng các dòng này không phân biệt với dòng ngắn mạch bên trong MBA.
Để tránh tác động nhầm trong trường hợp này có các phương pháp sau:
- Tác động nhầm: Dòng từ hóa là quá độ, tắt nhanh nên có thể tránh nó bằng
cách cho Relay tác động có thời gian.
- Hãm họa tần.
e/. Bảo vệ so lệch dùng Relay dòng điện:

Dùng để bảo vệ MBA nhỏ, dự trữ và quá tải. Dòng điện được chọn phải lớn hơn
dòng không cân bằng khi đầy tải.
f/. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây MBA:
Có thể thực hiện bởi Relay so lệch
hay quá dòng điện. Phương án được chọn
lựa phụ thuộc vào loại, cở, tổ đấu dây MBA.
Bảo vệ quá dòng thường không đủ độ
nhạy bảo vệ hết cuộn dây nối sao nhất là
trường hợp trung tính cuộn dây nối sao nối
qua tổng trở nối đất. Để tăng độ nhạy người
ta dùng Relay lệch cuộn dây nối sao MBA
khi có chạm đất bên ngoài Relay không tác
động, khi có chạm đất bên trong cuộn sao
các dòng thứ tự không được cung cấp từ hệ
thống sẽ khởi động Relay. Máy biến dòng
phụ có thể được dùng nếu tỉ số BI của các
pha và trung tính khác nhau.
Nếu cuộn sao MBA nối đất qua tổng trở cao, Relay so lệch 87N có thể không đủ
độ nhạy tác động, người ta có thể thay thế bằng Relay phát hiện chạm đất tổng trở cao
64N.
g/. Bảo vệ MBA nối đất:
Nhiệm vụ của MBA nối đất là cung cấp 1 điểm nối đất cho hệ thống mà các
MBA có cuộn ∆. Thường MBA nối đất kết nối với hệ thống được đặt gần MBA công
suất và nằm trong vùng bảo vệ của MBA này.
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 3
Phân xưởng Điện Cao Thế
III. Bảo vệ chống sự cố gián tiếp bên trong MBA:
1. Bảo vệ quá nhiệt:
Định mức của MBA phụ
thuộc vào độ tăng nhiệt độ so với

nhiệt độ môi trường xung quanh,
nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt
độ cho phép của MBA.
Theo yêu cầu quá nhiệt độ
của cuộn dây không được quá
nhiệt, nhiệt độ của cuộn dây dưới
95
0
C được xem là bình thường.
Bảo vệ quá tải được đánh
giá qua nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ
này được đo bằng phần tử cảm
ứng nhiệt.
2. Relay hơi Buchholz:
Đây là Relay
tác động từ hơi ga,
dùng để phát hiện
các sự cố nhỏ mới
bắt đầu, sự cố này có
thể trở thành sự cố
mạnh theo thời gian,
Relay ga để phụ trợ
cho Relay so lệch
dọc MBA bởi nó
không thể phát hiện
được sự cố ngắn
mạch bên trong
MBA hoặc tại đầu cực MBA.
3. Bộ phận giảm áp suất dầu:
Bộ phận này gắn ở MBA nó là một đĩa đặt ở một ống xã, khi có sự cố lớn áp suất

dầu tăng mạnh làm bật tung đĩa do đó dầu xả ra ngoài nhanh chóng, điều này tránh nổ và
cháy.
4. Relay phát hiện tốc độ tăng áp suất dầu:
Relay này có thể phát hiện tốc độ tăng của áp suất nên làm việc nhanh hơn Relay
làm giảm áp suất, nó chỉ phát hiện trị số áp suất lúc sự cố.
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 4
Tín hiệu ra
Dòng
Tải
Đỉnh MBA
Phần tử sinh
Nhiệt
Phần tử cảm ứng nhiệt
Relay Buchholz
Máy biến áp
Cắt
Báo
Động
Relay Buchholz
Bình dầu
Phân xưởng Điện Cao Thế
PHẦN II
PHỐI HỢP TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ
Khi thiết kế bảo vệ bằng Relay các trang thiết bị hệ thống điện, chúng ta cần dự
kiến đến trường hợp xấu nhất là: Khi có sự cố bên trong thiết bị thì thiết bị này sẽ không
được tách ra khỏi hệ thống điện. Như vậy, sự cố vẫn tiếp tục duy trì và càng trở nên trầm
trọng. Để đề phòng hiện tượng này thì bên cạnh bảo vệ chính, người ta phải dự kiến
thêm bảo vệ dự trữ. Bảo vệ dự trữ sẽ tác động trong trường hợp bảo vệ chính từ chối
không tác động. Nếu máy cắt của thiết bị được bảo vệ không tiến hành cắt, thì bảo vệ
của phần tử bên cạnh này sẽ điều khiển mở máy cắt của nó. Do đó sẽ ngưng cung cấp

điện cho phần tử sự cố từ các phía. Bảo vệ của phần tử bên cạnh được gọi là bảo vệ dự
trữ đối với phần tử mà máy cắt của nó đã không tiến hành cắt được.
Bảo vệ chính là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi sự cố xảy ra trong phạm vi
giới hạn đối với thiết bị được bảo vệ. Bảo vệ dự trữ cho thiết bị này là bảo vệ thay thế
cho tác động của bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính từ chối không tác động
hoặc khi bảo vệ chính đang ở trong tình trạng tiểu tu hay sửa chữa nhỏ. Bảo vệ dự trữ
cần phải tác động với một thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính để cho
bảo vệ chính thực hiện nhiệm vụ của mình là loại phần tử bị sự cố ra khỏi mạch trước
tiên.
Có một số trường hợp, bảo vệ chính không đảm bảo bảo vệ toàn bộ chiều dài của
mạch cần thiết bảo vệ mà sẽ có một số đoạn được gọi là “vùng chết” của bảo vệ chính,
vì nếu sự cố xuất hiện tại các vùng chết này thì bảo vệ chính sẽ không nắm bắt và sẽ
không tác động. Để có thể đảm bảo bảo vệ đối với các sự cố xuất hiện ở tại các vùng
chết này, thì người ta đặt một loại bảo vệ có tên là bảo vệ phụ.
Các chế độ làm việc không bình thường:
Các chế độ làm việc mà có dòng điện, điện áp hoặc tần số lệch khỏi giá trị cho
phép tới mức có thể nguy hiểm cho thiết bị cũng như tính ổn định của hệ thống thì thuộc
loại chế độ làm việc không bình thường.
Các chế độ làm việc không bình thường chính được đề cập đến trong thiết bị bảo
vệ Relay là: Quá tải và dao động trong hệ thống.
Một sự ngắn mạch ở bê ngoài phần tử được bảo vệ hay sự xuất hiện quá tải đều là
nguyên nhân tạo nên quá dòng điện. Quá dòng điện là hiện tượng dòng điện vượt quá giá
trị cho phép lâu dài, tức là vượt quá giá trị dòng điện định mức.
Khi xuất hiện quá dòng điện, thì phần tử được bảo vệ, không cần tách ra khỏi lưới
ngay, song cũng không cho phép phần tử được bảo vệ phải chịu quá dòng điện trong
khoảng thời gian lâu dài mãi được. Vì quá dòng điện sẽ tạo nên cách điện chóng già cõi
(do nhiệt độ của phần cách điện vượt quá giá trị cho phép) hoặc làm cho các tiếp điểm
quá nhiệt…Do vậy, đa số các phần tử của hệ thống được dự kiến bảo vệ có thời gian trì
hoãn đối với quá dòng điện, đồng thời tác động Relay tín hiệu.
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 5

Phân xưởng Điện Cao Thế
Dao động trong hệ thống, tương ứng với mất ổn định hệ thống, xuất hiện do vì
ngắn mạch được khắc phục quá chậm, do vì công suất vận chuyển giữa đường dây nối
các hệ thống vượt quá cho phép, hoặc do vì một số đường dây của hệ thống bị tách ra,
tạo nên sự mất đồng bộ của các trung tâm.
Trong thời gian dao động, dòng điện cân bằng chạy qua các đường dây nối các
trung tâm có thể có giá trị vượt quá rất nhiều so với giá trị dòng điện khởi động của bảo
vệ. Do vậy có khả năng dẫn đến tác động không chọn lọc. Tương tự trong thời gian dao
động, sự biến đổi quan trọng của điện áp cũng xuất hiện. Sự biến đổi này có thể gây nên
các Relay điện áp cực tiểu tác động sai.
Để tránh sự tác động sai của bảo vệ trong thời gian dao động, thì bảo vệ các
đường dây quan trọng phải dự kiến thêm một bộ phận “ngưng” hay ”khóa” đặc biệt. Bộ
phận này sẽ thích ứng theo các cách khác nhau: Khi dao động thì bảo vệ sẽ bị khóa, còn
khi ngắn mạch trên đường dây tương ứng thì cho phép bảo vệ tác động đúng. Để thực
hiện được như vậy là vì ở hai trường hợp trên đều có sự phân biệt giữa chúng về dòng
điện, điện áp và công suất.
Bộ phận khóa thực hiện dựa trên cơ sở: Khi ngắn mạch, sự biến đổi dòng điện rất
đột ngột, trong khi đó nếu dao động thì biến đổi chậm hơn nhiều hoặc khi ngắn mạch thì
xuất hiện thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không, còn trong trường hợp
dao động thì không xuất hiện những thành phần này, hoặc phân biệt theo chiều lưu thông
công suất tác dụng và phản kháng ở hai trường hợp…
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 6
Phân xưởng Điện Cao Thế
NHỮNG BẢO VỆ CHÍNH BẰNG RELAY
1/. Bảo vệ dòng điện: Bảo vệ dòng điện tác động trong trường hợp dòng điện
của mạch bảo vệ được tăng lên do quá tải hay ngắn mạch. Những bảo vệ này thực hiện
bằng Relay cường độ (Relay dòng điện). Relay sẽ tác động khi dòng điện trong mạch
được bảo vệ vượt quá một giá trị nhất định đã được thiết lập. Dòng điện này gọi là dòng
điện khởi động (dòng điện tác động) của bảo vệ và ký hiệu I
kđBv

.
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ là giá trị dòng điện của mạch được bảo vệ
mà ở giá trị đó, bảo vệ làm việc (bảo vệ tác động), tương ứng với Relay dòng điện đóng
tiếp điểm của mình (trong trường hợp Relay có tiếp điểm). Giá trị dòng điện khởi động
của Relay được định nghĩa như sau:
Ở đây n
Tc
là tỷ số biến đổi của máy biến dòng cung cấp cho Relay. Như vậy bảo
vệ dòng điện sẽ tác động khi thỏa mãn điều kiện:
I > I
kđBv
Ở đây I là dòng điện của mạch được bảo vệ. Những bảo vệ này còn gọi là loại
bảo vệ cực đại. Vì bảo vệ dòng điện sẽ không tác động trong chế độ làm việc bình
thường, nên giá trị dòng điện khởi động cần phải lớn hơn giá trị dòng định mức I
đm
, đồng
thời cũng lớn hơn giá trị dòng điện cực đại của phụ tải:
2/. Bảo vệ điện áp:
Bảo vệ điện áp có hai loại: Cực tiểu và cực đại.
a/ Bảo vệ điện áp cực tiểu: là bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp điện áp giảm
đi do xuất hiện dòng điện ngắn mạch. Relay điện áp cực tiểu sẽ tác động khi điện áp U
của mạch được bảo vệ giảm đến dưới giá trị đã được thiết lập để bảo vệ tác động. Điện
áp được thiết lập này gọi là điện áp khởi động của bảo vệ: U
kđBv
. Tức là muốn tác động
cần thỏa mãn quan hệ sau:
U < U
kđBv
Để bảo vệ không tác động trong chế độ bình thường, thì điện áp khởi động phải
nhỏ hơn định mức U

đm
và nhỏ hơn điện áp cực tiểu có thể xuất hiện trong quá trình vận
hành: U
min vận hành
ở chế độ bình thường, tức là thỏa mãn quan hệ sau:
U
kđBv
< U
đm
U
kđBv
< U
min vận hành
Điện áp khởi động của Relay được định nghĩa như sau:
Ở đây n
TT
là tỷ số biến đổi của biến điện áp cung cấp cho Relay.
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 7
Phân xưởng Điện Cao Thế
b/ Bảo vệ điện áp cực đại: Được thực hiện bằng Relay điện áp cực đại. Những
Relay điện áp cực đại sẽ tác động khi điện áp ở những cực của mạch được bảo vệ tăng
lên quá điện áp khởi động của bảo vệ:
U > U
kđBv
Để cho bảo vệ không tác động trong chế độ bình thường, ta phải đảm bảo quan hệ
sau:
U
kđBv
> U
đm

U
kđBv
> U
max vận hành
2/. Bảo vệ có hướng:
Bảo vệ có hướng tác động khi xuất hiện sự biến đổi quan trọng của lệch pha giữa
dòng điện và điện áp của mạch được bảo vệ.
Vì hệ thống làm việc ở dòng điện xoay chiều, chiều của nó thay đổi theo mỗi bán
chu kỳ, do vậy không thể xác định ở một chiều dòng điện chạy nhất định mà chỉ có thể
xác định ở sự lệch pha của dòng điện so với điện áp tại những điểm khác nhau của hệ
thống điện.
3/. Bảo vệ so lệch:
Bảo vệ so lệch tác động khi xuất hiện sự so lệch giữa những của dòng điện từ hai
đầu của vùng được bảo vệ.
Ở chế độ bình thường, dòng điện ở hai đầu của vùng được bảo vệ là bằng nhau.
Nếu xuất hiện sự cố ngoài vùng bảo vệ thì dòng điện ở hai đầu của vùng bảo vệ
sẽ vẫn bằng nhau.
Nguyên tắc so lệch cho phép ta phân biệt sự cố trong vùng được bảo vệ với sự cố
xuất hiện bên ngoài vùng này. Do vậy, bảo vệ so lệch được chọn lọc.
4/. Bảo vệ khoảng cách:
Bảo vệ khoảng cách thực hiện bằng Relay tổng trở. Relay này tác động khi tổng
trở của mạch được bảo vệ bị giảm.
Ở chế độ làm việc bình thường, Relay bảo vệ đo được một giá trị tương đối cao
đối với tổng trở của mạch được bảo vệ.
Khi ngắn mạch trong vùng được bảo vệ thì dòng điện I tăng đáng kể và đồng thời
điện áp U cũng giảm nhiều, do đó quan hệ U/I giảm một cách đáng kể, tức là tổng trở
của mạch được bảo vệ sẽ giảm nhiều. Khi đó Relay tổng trở sẽ tác động.
5/. Bảo vệ bằng Relay nhiệt:
Khi nhiệt độ tăng cao, bảo vệ bằng Relay nhiệt sẽ tác động. Trong quá trình vận
hành, nếu sự cố ngắn mạch hay có hiện tượng quá tải thì nhiệt độ sẽ tăng và Relay nhiệt

sẽ tác động. Thông thường ở những động cơ điện điện áp thấp, người ta dùng Relay
nhiệt để bảo vệ quá tải.
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 8
Phân xưởng Điện Cao Thế
6/. Bảo vệ bằng Relay hơi:
Thông thường đối với MBA có công suất khá lớn (S > 1MVA) người ta có thể
thay bảo vệ dòng điện cắt nhanh bằng bảo vệ so lệch dọc. Ngoài ra, đối với MBA có
dầu, ở loại này, người ta qui định phải dùng thêm Relay hơi để bảo vệ tránh quá tải và
các dạng ngắn mạch trong MBA. Relay hơi là một cái phao có gắn hai tiếp điểm. Relay
hơi được gắn vào trong đoạn ống nối giữa thùng dầu phụ với MBA. Khi xảy ra ngắn
mạch giữa các pha, hoặc giữa các vòng dây, trong MBA hoặc xảy ra quá tải, dòng điện
trong các bối dây của MBA tăng lên do đó làm dầu bốc hơi mạnh và áp lực trên mặt dầu
của MBA tăng lên. Áp lực của hơi dầu làm Relay hơi bị nghiêng đi so với vị trí ban đầu.
Nếu sự cố nhẹ, relay hơi nghiêng ít thì chỉ có tiếp điểm thứ nhất đóng lại để đi báo tín
hiệu. Nếu sự cố nặng, dầu bốc hơi mạnh làm relay hơi nghiêng nhiều, tiếp điểm thứ hai
của relay hơi đóng lại để cắt MBA.
Ưu điểm của relay là đơn giản, độ nhạy cao đối với với hầu hết các loại sự cố
trong MBA.
Nhượt điểm của relay là tác động kém nhạy đối với các loại sự cố xảy ra ở phía
đầu ra của MBA. Do vậy nên bên cạnh bảo vệ bằng relay hơi bao giờ cũng phải đặt thêm
bảo vệ dòng điện cực đại và dòng điện cắt nhanh hay bảo vệ so lệch dọc.
Tài liệu bồi huấn: Phần Bảo vệ Relay Trang 9