Dòng điện tải I

CHƯƠNG 4:

CÁC LOẠI BẢO VỆ

4.1 Bảo vệ quá dòng

Nguyên tắc hoạt động

4.2 Bảo vệ dòng điện cực đại (51) 4.2.1 Nguyên tắc hoạt động

4.1.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.1.3 Đấu nối biến dòng (BI)

4.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) 4.3.1 Nguyên tắc hoạt động

4.3.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.3.3 Đấu nối biến dòng (BI)

1

CHƯƠNG 4:

CÁC LOẠI BẢO VỆ

4.4 Bảo vệ theo điện áp: Bảo vệ kém áp (27) 4.4.1 Nguyên tắc hoạt động

4.4.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.4.3 Đấu nối biến dòng (BI)

4.4.4 Vùng bảo vệ

4.5 Bảo vệ theo điện áp: Bảo vệ quá áp (59) 4.5.1 Nguyên tắc hoạt động

4.5.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.5.3 Đấu nối biến dòng (BI)

4.5.4 Vùng bảo vệ

2

CHƯƠNG 4:

CÁC LOẠI BẢO VỆ

4.6 Bảo vệ theo hướng công suất: Bảo vệ có hướng (32) 4.6.1 Yêu cầu

4.6.2 Nguyên tắc hoạt động

4.6.3 Thời gian làm việc của bảo vệ

4.6.4 Đấu nối biến dòng, biến điện áp (BI,BU) 4.7 Bảo vệ theo tổng trở: Bảo vệ khoảng cách (21) 4.7.1 Ý nghĩa

4.7.2 Nguyên tắc hoạt động

4.7.3 Đấu nối biến dòng, biến điện áp (BI,BU) 4.7.4 Vùng bảo vệ

3

CHƯƠNG 4:

CÁC LOẠI BẢO VỆ

4.8 Bảo vệ so lệch (87)

4.8.1 Nguyên tắc hoạt động 4.8.2 Khu vực bảo vệ

4.8.3 Áp dụng 4.9 Phối hợp bảo vệ

4

5

o Nguyên tắc hoạt động: BVDĐ là loại bảo vệ tác động khi

dịng điện đi qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ lớn hơn giá trị dịng điện định trước.

o Tham số dòng điện chọn

trước này gọi là tham số dòng điện khởi động I_kđ.

o BVDĐ được phân thành:

 Bảo vệ dịng điện cực đại

 Bảo vệ dịng điện cắt nhanh

6

4.2. Bảo vệ dòng điện cực đại 4.2.1 Nguyên tắc hoạt động

4.1.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.1.3 Đấu nối biến dòng (BI)

4.3 Bảo vệ dòng điện cực đại có kiểm tra điện áp

7



Bảo vệ quá dòng điện cực đại [51] khởi động khi thông số dòng điện đầu vào lớn hơn tham số dòng điện khởi động, và tác động sau thời gian t.

8



Dòng điện tải I

qua BI cho dòng thứ cấp là I.

 Thông số dòng điện I đưa đến đầu vào [51], nếu I>Ikđ51

thì sau t giây [51] truyền đến rơ le trung gian [51X]

cắt [52].

 Khi chưa đến t giây, I I≤ kđ51

thì [51] trở về, và [51X]

không cắt [52].

9

o K_at: hệ số an toàn 1,2

o Ktv: hệ số trở về 0.85

o K_mm: hệ số mở máy 1,3 đến 1.8

o I_lvmax : dòng làm việc cực đại qua thiết bị được bảo vệ

o nBI : tỷ số biến dòng

o K_sd : hệ số sơ đồ

10

max at mm

kd lv

tv

I K K I

 K

kdR BI

K K K K I

I  n

o K_nh > 1.1 - 1.3 khi làm bảo vệ dự trữ

o Knh > 1.5 - 1.8 khi làm bảo vệ chính

o I_NMmin : là dòng NM nhỏ nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi nm ở cuối vùng bảo vệ

11

min nh NM

kd

K I

 I

o Độ nhạy

Có 2 loại thời gian làm việc: t không đổi (t=const) và t thay đổi tùy theo I (t=f(I)).

Nếu t=const:

 Khi I I≤ _kđ: bảo vệ không tác động.

 Khi I>Ikđ: bảo vệ tác động sau thời gian t=t1 với t1=hằng số.

Nếu t=f(I):

 Khi I I≤ _kđ: bảo vệ không tác động.

 Khi I>Ikđ: bảo vệ tác động sau thời gian t=tx, với tx=f(Ix).

Đặc tuyến của bảo vệ như trên hình 3.

12

o Rơ le làm việc với thời gian xác định nào đó khi dòng điện vượt quá giá trị khởi động thì gọi là đặc tính thời gian phụ thuộc, gồm có:

 Đặc tính thời gian có độ dốc chuẩn

 Đặc tình thời gian rất dốc

 Đặc tình thời gian rất dốc

.

13

14

15

o Đặc tính thời gian có độ dốc chuẩn: Loại này làm việc theo đặc tính thời gian phụ thuộc khi dòng điện NM nhỏ và đặc tính thời gian độc lập khi dòng điện NM lớn. (Nói cách khác, khi dòng điện NM nhỏ hơn khoảng 10 đến 20 lần dòng điện định mức thì đặc tính là đặc tính thời gian phụ thuộc. Khi dòng điện NM lớn hớn khoảng trên thì đặc tính là đặc tính là đường thẳng).

Thường dùng bảo vệ rộng rãi lưới phân phối

16

o Đặc tính thời gian rất dốc: Loại này có độ dốc dốc hơn độ dốc chuẩn. Được dùng thay thế đặc tính có độ dốc chuẩn khi độ dốc chuẩn không đảm bảo tính chọn lọc

17

o Đặc tính thời gian cực dốc: Loại này có độ dốc lớn nhất, thích hợp dùng để bảo vệ máy phát, máy biến áp động lực, máy biến áp nối đất… nhằm chống quá nhiệt.

18

o Nguyên tắc: bảo vệ phía trước có thời gian tác động bằng thời gian tác động của bảo vệ kề sau nó cộng với khoảng thời gian

19

1 2

t    t t

o Khoảng Δt bao gồm (theo tiêu chuẩn IEC 255-4 khoảng 0.3 – 0.5s)

o Thời gian tác động và trở về của rơ le

o Thời gian tác động cắt của máy cắt

o Sai số thời gian của rơ le định thời gian

o Thời gian dự trữ

o Cách chọn đặc tính phụ thuộc:

 Chọn đặc tính của BV B. Vẽ đặc tính ra

 Xác định dòng NM lớn nhất ngay sát BV B (N2) IN2max

 Ứng với đặc tính BV B suy ra thời gian tác động của BV B (tB1). Vậy tB1 là thời gian tác động của BV B khi NM tại N2.

 Để đảm bảo tính chọn lọc thì thời gian BV A khi có NM tại N2 phải lớn hơn tB1: t A1 ≥ Δt + t B1

 Xác định được điểm A 1 trên đặc tuyến của BV A .

20

l t

t

A1

B1

2

N Chọn đặc tính trong

cataloge sao cho thảo mãn t _A1 ≥ Δ t + t _B1 với mọi dòng NM bé hơn I_N2max

Lưu ý vẽ các đặc tính phải cùng cấp điện áp

21

l t

t

A1

B1

2 N

t

A1

B1

I t

 Các BI đặt sau máy ngắt, đấu nối theo sơ đồ hình sao, thông số dòng điện I_tải qua BI được đưa vào rơ le.

22

4.3.1 Nguyên tắc hoạt động

4.3.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.3.3 Đấu nối biến dòng (BI)

23

o Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh [50] khởi động khi thông số dòng điện đầu vào lớn hơn tham số dòng điện khởi động, và tác động tức thời hoặc sau thời gian rất bé (t=0,3~0,6s).

24

o Dòng điện tải I_tải qua BI cho dòng thứ cấp là I.

o Thông số dòng điện I đưa đến đầu vào [50], nếu I>Ikđ50 thì [50]

truyền đến rơ le trung gian [50X] cắt [52].

Đặc tuyến của bảo vệ như trên hình 6.

Khi I I≤ _kđ: bảo vệ không tác động.

Khi I>I_kđ: bảo vệ tác động với t=0 hoặc t0.

25

o Giống như bảo vệ [51]

26

27

28

4.4 Bảo vệ theo điện áp: Bảo vệ kém áp (27) 4.4.1 Nguyên tắc hoạt động

4.4.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.4.3 Đấu nối biến điện áp (BU)

4.4.4 Vùng bảo vệ

29

 Bình thường, thông số điện áp làm việc bằng trị số điện áp định mức.

o Khi có sự cố, thông số điện áp làm việc nhỏ hơn trị số điện áp định mức, cần cắt máy ngắt.

o Tham số điện áp chọn trước này gọi là tham số điện áp khởi động Ukđ.

o

U

<U

caét

30

 Thời gian làm việc của bảo vệ được chọn tùy theo yêu cầu của tải tiêu thụ, và là một hằng số: t=const.

Thường chọn t=(1~5)s.

31

32

BU đấu Y/y, thông số điện áp 3 pha được đưa vào [27].

33



Bảo vệ [27] tác động cắt [52] của một tải tiêu thụ hoặc của một nhánh.



Bảo vệ [27] cũng có thể tác động cắt [52]

của một thanh góp để bảo vệ tất cả các tải

tiêu thụ trên thanh góp này.

34

Vùng b o vả ệ

4.5 Bảo vệ theo điện áp: Bảo vệ quá áp (59) 4.5.1 Nguyên tắc hoạt động

4.5.2 Thời gian làm việc của bảo vệ 4.5.3 Đấu nối biến điện áp (BU)

4.5.4 Vùng bảo vệ

 U_lv>U_kñcaét.

35

o Tương tự bảo vệ kém áp [27]

36

37

 Tương tự bảo vệ kém áp [27].

38

o Tương tự bảo vệ kém áp [27].

39

4.6 Bảo vệ theo hướng công suất: Bảo vệ có hướng (32)

4.6.1 Yêu cầu

4.6.2 Nguyên tắc hoạt động

4.6.3 Thời gian làm việc của bảo vệ

4.6.4 Đấu nối biến dòng, biến điện áp (BI,BU)

40

o Ở lưới có nguồn cung cấp từ 2 phía hay lưới hình vòng: giả sử ngắn mạch ở N₁, để có chọn lọc thì cần thời gian làm việc t₃>t₂; giả sử ngắn mạch ở N₂ thì cần t₂>t₃. Bảo vệ quá dòng không có hướng thì không thể thực hiện được. Phải dùng rơ le công suất làm bộ phận định hướng.

41

Xem sơ đồ lưới hình vòng:

 Khi ngắn mạch ở N1 dòng qua bảo vệ 2 là IN2, IN2 chậm sau điện áp ở thanh góp một góc N2.

 Khi ngắn mạch ở N2 dòng qua bảo vệ 2 là IN1, IN1 ngược IN2: N1=N2+180^o

o Rơ le công suất [32] được chỉnh định để tác động khi góc lệch là _N2, nếu góc lệch là N1 sẽ không tác động, do đó gọi là bảo vệ làm việc có hướng.

42

o Bảo vệ dòng điện có hướng phải đặt cả 2 phía của mỗi đường dây.

• Rơ le dòng điện [51] để khởi động khi ngắn mạch, rơ le công suất [32] để định hướng, yếu tố thời gian để đảm bảo cắt chọn lọc.

43

 Bình thường rơ le công suất có thể đóng tiếp điểm (do công suất tải tiêu thụ), nhưng rơ le dòng điện chưa tác động.

 Mạch dòng điện:

• Dùng 3 BI đấu Y, dòng tải IA, IB, IC sẽ biến đổi thành dòng thứ cấp I_a, I_b, I_c.

• Cung cấp dòng điện I_a, I_b, I_c cho đầu vào của các rơ le [32] và [51] theo dạng mạch nối tiếp ₄₄

 Mạch điện áp:

• Dùng 3 BU đấu Y/y, điện áp lưới UA, UB, UC sẽ biến đổi thành điện áp thứ cấp U_a, U_b, U_c.

• Cung cấp điện áp U_a, U_b, U_c cho đầu vào của rơ le

[32]. ⁴⁵

 Đầu ra của các rơ le [51] và [32] được dẫn đến đầu vào của mạch VÀ (AND).

 Đầu ra của mạch VÀ (AND) được dẫn đến đầu vào của rơ le trung gian [51X].

 Đầu ra của rơ le trung gian [51X] được dẫn đến mạch cắt của [52].

46

47

4.7 Bảo vệ theo tổng trở: Bảo vệ khoảng cách (21) 4.7.1 Ý nghĩa

4.7.2 Nguyên tắc hoạt động

4.7.3 Đấu nối biến dòng, biến điện áp (BI,BU) 4.7.4 Vùng bảo vệ

 Áp dụng trong lưới phức tạp có nhiều nguồn cung cấp.

48

 Từ hình vẽ mạch điện, ta có Z_mạch=U/I.

 Khi bình thường: Z_mạch=U/I=16Z_d+Z_tải.

 Khi ngắn mạch N1: Zmạch1=U/I=14Zd.

 Khi ngắn mạch N2: Zmạch2=U/I=10Zd.

49

 Dùng rơ le tổng trở [21] là phần tử chính của bảo vệ khoảng cách

 Thông số dòng điện I sau BI và thông số điện áp U sau BU được đưa vào [21]. Tỷ số U/I được so sánh với tham số Z_kđ, nếu U/I Z≥ _kđ (khi bình thường hay sự cố ở xa) thì [21] không tác động, nếu U/I<Z_kđ (khi sự cố ở gần) thì [21] tác động. Nói cách khác rơ le [21]

có thể “xác định” khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch.

50

 Mạch dòng điện:

 Dùng 3 BI đấu Y, dòng tải IA, IB, IC sẽ biến đổi thành dòng thứ cấp I_a, I_b, I_c.

 Cung cấp dòng điện I_a, I_b, I_c cho đầu vào của rơ le [21].

 Mạch điện áp:

 Dùng 3 BU đấu Y/y, điện áp lưới U_A, U_B, U_C sẽ biến đổi thành điện áp thứ cấp U_a, U_b, U_c.

 Cung cấp điện áp U_a, U_b, U_c cho đầu vào của rơ le [21].

51

52

 Sau khi đã chọn tham số Z_kđ, nghĩa là đã xác định 2 vùng: “vùng gần” có trị số Z bé nên khi có sự cố thì [21] tác động, “vùng xa” có trị số Z lớn nên khi có sự cố thì [21] không tác động.

53

54

4.8 Bảo vệ so lệch (87)

4.8.1 Nguyên tắc hoạt động 4.8.2 Khu vực bảo vệ

4.8.3 Áp dụng

 Xét mạch điện có 4 nhánh như hình 21, áp dụng định luật Kirchoff 1: I=0  I_I+I_II+I_III+I_IV=0.

 Trên mỗi nhánh đều có đặt biến dòng, các biến dòng có cùng tỷ số K_I.

55

 thông số dòng điện vào rơ le là:

=I1+I2+I3+I4=0, rơ le không tác động.

56

 Nếu thêm 1 nhánh mới nhưng không có đặt

biến dòng như hình 23,

I=I₁+I₂+I₃+I₄0 (vì

I₁+I₂+I₃+I₄+I_g=0). Thông số dòng điện vào rơ le I0, nên rơ le tác động.

I_I

I_II

I_III

I_IV

I₁+I₂+I₃+I₄0 I_G

I₁+I₂+I₃+I₄+I_g=0

Hình 23: Thêm 1 nhánh không có BI.

 thông số dòng điện vào rơ le là:

=I1+I2+I3+I4=0, rơ le không tác động.

57

 Nếu thêm 1 nhánh mới nhưng không có đặt biến dòng như hình 23, I=I₁+I₂+I₃+I₄0 (vì I₁+I₂+I₃+I₄+I_g=0).

Thông số dòng điện vào rơ le I0, nên rơ le tác động.

 Khi ngắn mạch ở N₁ (hình 24), tương đương với thêm 1 nhánh mới: I0, nên rơ le tác động.

58

 Khi ngắn mạch ở N₂ (hình 24), các dòng điện I_I … I_IV có thể thay đổi trị số nhưng vẫn có I=0, rơ le không tác động.

 Vậy phạm vi tác động của bảo vệ là vùng được giới hạn bởi các biến dòng.

 Sơ đồ như hình vẽ 25 gọi là sơ đồ so lệch. Tùy trường hợp:

59

 Áp dụng bảo vệ đường dây, máy phát, máy biến áp thì chỉ có 2 nhánh (hình a,b).

 Áp dụng bảo vệ máy biến áp 3 dây quấn thì có 3 nhánh.

 Áp dụng bảo vệ thanh góp thì có nhiều nhánh (hình c).

87 87

87

Hình a

Hình b

Hình c

Hình 25: A p dụngÙ .

60

4.9 Phối hợp các bảo vệ

 Mỗi loại bảo vệ đều có các đặc tính riêng, ta thường phối hợp các bảo vệ chung với nhau để phát huy ưu điểm riêng của chúng.

 Phối hợp [50] và [51]. Khi phối hợp [50] và [51], đặc tính thời gian tác động sẽ ưu việt hơn.

61

 Phối hợp [51] và [27]. Khi phối hợp [51] và [27] độ nhậy sẽ được nâng cao.

 Phối hợp [51] và [32] = [67]. Trong lưới có nguồn cung cấp từ 2 phía, thường phối hợp [51] và [32] = [67].

 Phối hợp [51] và [21]. Trong lưới có nhiều nguồn cung cấp phức tạp, thường phối hợp [51] và [21].

 Phối hợp [67] và [27]. Khi phối hợp [67] và [27] độ nhậy sẽ được nâng cao.

62