Giáo trình Bảo vệ Rơle và tự động hóa - Chương 2: Bảo vệ dòng điện cực đại

8

Chương 2: BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI

I. Nguyên tắc tác động:

Bảo vệ dòng điện cực đại là loại bảo vệ phản ứng với dòng trong phần tử được bảo

vệ. Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá một giá trị định

trước nào đó.

Ví dụ khảo sát tác động của các bảo vệ dòng điện cực đại đặt trong mạng hình tia có

1 nguồn cung cấp (hình 2.1), các thiết bị bảo vệ được bố trí về phía nguồn cung cấp của tất

cả các đường dây. Mỗi đường dây có 1 bảo vệ riêng để cắt hư hỏng trên chính nó và trên

thanh góp của trạm ở cuối đường dây.

Hình 2.1: Bố trí các bảo vệ dòng cực đại trong mạng hình tia

có 1 nguồn cung cấp

Dòng khởi động của bảo vệ I_KĐ, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bảo vệ mà

có thể làm cho bảo vệ khởi động, cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần tử được

bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng.

Có thể đảm bảo khả năng tác động chọn lọc của các bảo vệ bằng 2 phương pháp khác

nhau về nguyên tắc:

Phương pháp thứ nhất - bảo vệ được thực hiện có thời gian làm việc càng lớn khi

bảo vệ càng đặt gần về phía nguồn cung cấp. Bảo vệ được thực hiện như vậy được gọi là

BV dòng điện cực đại làm việc có thời gian.

Phương pháp thứ hai - dựa vào tính chất: dòng ngắn mạch đi qua chỗ nối bảo vệ

sẽ giảm xuống khi hư hỏng càng cách xa nguồn cung cấp. Dòng khởi động của bảo vệ I_KĐ

được chọn lớn hơn trị số lớn nhất của dòng trên đoạn được bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch ở

đoạn kề (cách xa nguồn hơn). Nhờ vậy bảo vệ có thể tác động chọn lọc không thời gian.

Chúng được gọi là bảo vệ dòng điện cắt nhanh.

Các bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian chia làm hai loại tương ứng với

đặc tính thời gian độc lập và đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn. Bảo vệ có đặc

tính thời gian độc lập là loại bảo vệ có thời gian tác động không đổi, không phụ thuộc vào

trị số của dòng điện qua bảo vệ. Thời gian tác động của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ

thuộc giới hạn, phụ thuộc vào dòng điện qua bảo vệ khi bội số của dòng đó so với dòng I_KĐ

tương đối nhỏ và ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn.

** Các bộ phận chính của BV dòng cực đại:

Bảo vệ dòng cực đại có hai bộ phận chính : Bộ phận khởi động (ví dụ, sơ đồ bảo vệ

như hình 2.2, bộ phận khởi động là các rơle dòng 3RI và 4RI) và bộ phận tạo thời gian làm

việc (rơle thời gian 5RT). Bộ phận khởi động phản ứng với các hư hỏng và tác động đến

9

bộ phận tạo thời gian. Bộ phận tạo thời gian làm nhiệm vụ tạo thời gian làm việc đảm bảo

cho bảo vệ tác động một cách có chọn lọc. Các rơle dòng điện được nối vào phía thứ cấp

của BI theo sơ đồ thích hợp (xem mục II - chương 1).

Hinh 2.2 : Sơ đồ nguyên lí của bảo vệ dòng cực đại

II. Bảo vệ dòng cực đại làm việc có thời gian:

II.1. Dòng khởi động của BV:

Theo nguyên tắc tác động, dòng khởi động I_KĐcủa bảo vệ phải lớn hơn dòng điện

phụ tải cực đại qua chổ đặt bảo vệ, tuy nhiên trong thực tế việc chọn I_KĐcòn phụ thuộc

vào nhiều điều kiện khác.

Để xác định dòng khởi động ta xét sơ đồ mạng điện trên hình 2.1, giả sử chọn I_KĐ

cho bảo vệ 3^’đặt ở đầu đoạn đường dây AB, trước hết ta khảo sát trạng thái của nó khi hư

hỏng ở điểm N trên đoạn BC kề phía sau nó (tính từ nguồn cung cấp).

Khi các bảo vệ làm việc đúng thì trong trường hợp này máy cắt của đoạn hư hỏng

BC sẽ bị cắt ra. Bảo vệ 3^’của đoạn không hư hỏng AB có thời gian lớn hơn sẽ không kịp

tác động và cần phải trở về vị trí ban đầu của mình. Nhưng điều này sẽ xảy ra nếu dòng trở

về của bảo vệ I_tvlớn hơn trị số tính toán của dòng mở máy I_mm(hình 2.3) đi qua đoạn AB

đến các hộ tiêu thụ của trạm B. Dòng I_tvlà dòng sơ cấp lớn nhất mà ở đó bảo vệ trở về vị

trí ban đầu. Để an toàn, lấy trị số tính toán của dòng mở máy I_mmtt= I_mmmax, như vậy điều

kiện để đảm bảo chọn lọc là : I_tv> I_mmmax

.

Khi xác định dòng I_mmmaxcần phải chú ý là đường dây BC đã bị cắt ra, còn các động

cơ nối ở trạm B đã bị hãm lại do điện áp giảm thấp khi ngắn mạch và khi điện áp được

khôi phục dòng mở máy của chúng tăng lên rất cao. Vì vậy dòng I_mmmaxthường lớn hơn

nhiều so với dòng phụ tải cực đại I_lvmax. Đưa vào hệ số mở máy k_mmđể tính đến dòng mở

máy của các động cơ ở trạm B và việc cắt phụ tải của trạm C. Ta có I_mmmax= k_mm.I_lvmax

.

10

Hinh 2.3 : Đồ thị đặc trưng trạng thái của bảo vệ

khi ngắn mạch ngoài

Sai số của dòng trở về của bảo vệ và các tính toán không chính xác... được kể đến

bởi hệ số an toàn k_at> 1 (vào khoảng 1,1 ÷1,2). Từ điều kiện đảm bảo sự trở về của bảo vệ

đoạn AB, có thể viết :

I_tv= k_at.k_mm.I_lvmax

(2.1)

Tỉ số giữa dòng trở về của rơle (hoặc của bảo vệ) đối với dòng khởi động của rơle

(hoặc của bảo vệ) gọi là hệ số trở về k_tv.

I_tv

I_KÂ

k_at.k_mm

k_tv

(2.2)

(2.3)

k_tv

=

Như vậy:

I_KÂ

=

⋅I_lvmax

Các rơle lí tưởng có hệ số trở về k_tv= 1; thực tế luôn luôn có k_tv< 1.

Dòng khởi động I_KĐRcủa rơle khác với dòng khởi động I_KĐcủa bảo vệ do hệ số biến

đổi n_Icủa BI và sơ đồ nối dây giữa các rơle dòng và BI.

Trong một số sơ đồ nối rơle, dòng đi vào rơle không bằng dòng thứ cấp của các BI.

(3)

Ví dụ như khi nối rơle vào hiệu dòng 2 pha, dòng vào rơle I_Rtrong tình trạng đối xứng

(3)

bằng 3 lần dòng thứ cấp I_Tcủa BI. Sự khác biệt của dòng trong rơle trong tình trạng

đối xứng và dòng thứ cấp BI được đặc trưng bằng hệ số sơ đồ:

I⁽_R³⁾

(3)

k

=

(2.4)

(2.5)

(2.6)

sâ

I⁽_T³⁾

₍₃₎I_KÂ

Kể đến hệ sơ đồ, có thể viết : I_{KÂ R}= k_sâ

n_I

(3)

sâ

k_atk_mm

k

I_{KÂ R}

=

I_lvmax

Do vậy :

k_tvn_I

11

II.2. Thời gian làm việc:

II.2.1. Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian làm việc của bảo vệ

có đặc tính thời gian độc lập (hình

2.4) được chọn theo nguyên tắc bậc

thang (từng cấp) , làm thế nào để cho

bảo vệ đoạn sau gần nguồn hơn có

thời gian làm việc lớn hơn thời gian

làm việc lớn nhất của các bảo vệ

đoạn trước một bậc chọn lọc về thời

gian ∆t.

Xét sơ đồ mạng như hình 2.5,

việc chọn thời gian làm việc của các

bảo vệ được bắt đầu từ bảo vệ của

đoạn đường dây xa nguồn cung

cấp nhất, tức là từ các bảo vệ 1’ và

1” ở trạm C. Giả thiết thời gian làm

việc của các bảo vệ này đã biết,

tương ứng là t₁’ và t₁”.

Hinh 2.4 : Các dạng đặc tính

thời gian của bảo vệ dòng cực đại

1- độc lập; 2- phụ thuộc

Hinh 2.5 : Phối hợp đặc tính thời gian độc lập của các bảo vệ dòng cực đại

Thời gian làm việc t₂’ của bảo vệ 2’ tại trạm B được chọn lớn hơn thời gian làm việc

lớn nhất của các bảo vệ tại trạm C một bậc ∆t. Nếu t₁’ > t₁” thì t₂’ = t₁’+ ∆t.

Thời gian làm việc t₃của bảo vệ 3 ở trạm A cũng tính toán tương tự, ví dụ nếu có t₂”

> t₂’ thì t₃= t₂” + ∆t.

Trường hợp tổng quát, đối với bảo vệ của đoạn thứ n thì:

t_n= t_(n-1)max+ ∆t

(2.7)

trong đó: t_(n-1)max- thời gian làm việc lớn nhất của các bảo vệ ở đoạn thứ n-1 (xa

nguồn hơn đoạn thứ n).

12

II.2.2. Bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn:

Khi chọn thời gian làm việc của các bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới

hạn (hình 2.4) có thể có 2 yêu cầu khác nhau do giá trị của bội số dòng ngắn mạch ở cuối

đoạn được bảo vệ so với dòng khởi động :

1. Khi bội số dòng lớn, bảo vệ làm việc ở phần độc lập của đặc tính thời gian: lúc ấy

thời gian làm việc của các bảo vệ được chọn giống như đối với bảo vệ có đặc tính thời gian

độc lập.

2. Khi bội số dòng nhỏ, bảo vệ làm việc ở phần phụ thuộc của đặc tính thời gian:

trong trường hợp này, sau khi phối hợp thời gian làm việc của các bảo vệ kề nhau có thể

giảm được thời gian cắt ngắn mạch.

Hình 2.6 : Phối hợp các đặc tính của bảo vệ dòng cực đại

có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn.

N : Điểm ngắn mạch tính toán

Xét sơ đồ mạng hình 2.6, đặc tính thời gian của bảo vệ thứ n trên đoạn AB được lựa

chọn thế nào để nó có thời gian làm việc là t_nlớn hơn thời gian t_(n-1)maxcủa bảo vệ thứ (n-

1) trên đoạn BC một bậc ∆t khi ngắn mạch ở điểm tính toán - đầu đoạn kề BC - gây nên

dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất có thể có I’_{N max}. Từ thời gian làm việc tìm được khi ngắn

mạch ở điểm tính toán có thể tiến hành chỉnh định bảo vệ và tính được thời gian làm việc

đối với những vị trí và dòng ngắn mạch khác.

Ngắn mạch càng gần nguồn dòng ngắn mạch càng tăng, vì vậy khi ngắn mạch gần

thanh góp trạm A thời gian làm việc của bảo vệ đường dây AB giảm xuống và trong một

số trường hợp có thể nhỏ hơn so với thời gian làm việc của bảo vệ đường dây BC.

Khi lựa chọn các đặc tính thời gian phụ thuộc thường người ta tiến hành vẽ chúng

trong hệ tọa độ vuông góc (hình 2.7), trục hoành biểu diễn dòng trên đường dây tính đổi về

cùng một cấp điện áp của hệ thống được bảo vệ, còn trục tung là thời gian.

13

Dùng bảo vệ có đặc tính thời

gian phụ thuộc có thể giảm thấp

dòng khởi động so với bảo vệ có

đặc tính thời gian độc lập vi hệ

số mở máy k_mmcó thể giảm nhỏ

hơn. Điều này giải thích như sau:

sau khi cắt ngắn mạch, dòng I_mm

đi qua các đường dây không hư

hỏng sẽ giảm xuống rất nhanh và

bảo vệ sẽ không kịp tác động vì

thời gian làm việc tương ứng với

trị số của dòng I_mm(thường gần

bằng I_KĐcủa bảo vệ) là tương đối

lớn.

Hình 2.7 : Phối hợp đặc tính thời gian làm việc

phụ thuộc có giới hạn của các bảo vệ dòng cực

đại trong hệ tọa độ dòng - thời gian.

Nhược điểm của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc là :

Thời gian cắt ngắn mạch tăng lên khi dòng ngắn mạch gần bằng dòng khởi động

(ví dụ, khi ngắn mạch qua điện trở quá độ lớn hoặc ngắn mạch trong tình trạng làm việc

cực tiểu hệ thống).

Đôi khi sự phôi hợp các đặc tính thời gian tương đối phức tạp.

II.2.3. Bậc chọn lọc về thời gian:

Bậc chọn lọc về thời gian ∆t trong biểu thức (2.7) xác định hiệu thời gian làm việc

của các bảo vệ ở 2 đoạn kề nhau ∆t = t_n- t_(n-1)max. Khi chọn ∆t cần xét đến những yêu cầu

sau :

∆t cần phải bé nhất để giảm thời gian làm việc của các bảo vệ gần nguồn.

∆t cần phải thế nào để hư hỏng ở đoạn thứ (n-1) được cắt ra trước khi bảo vệ

của đoạn thứ n (gần nguồn hơn) tác động.

∆t của bảo vệ đoạn thứ n cần phải bao gồm những thành phần sau :

* Thời gian cắt t_{MC(n - 1)}của máy cắt đoạn thứ (n-1).

* Tổng giá trị tuyệt đối của sai số dương max t_ss(n-1)của bảo vệ đoạn thứ n và của sai

số âm max t_ssncủa bảo vệ đọan thứ n (có thể bảo vệ thứ n tác động sớm)

* Thời gian sai số do quán tính t_qtncủa bảo vệ đoạn thứ n.

* Thời gian dự trữ t_dt.

Tóm lại:

∆t = t_{MC(n - 1)}+ t_{ss(n - 1)}+ t_ssn+ t_qtn+ t_dt

(2.8)

Thường ∆t vào khoảng 0,25 - 0,6sec.

II.3. Độ nhạy của bảo vệ:

Độ nhạy của bảo vệ dòng max đặc trưng bằng hệ số độ nhạy K_n. Trị số của nó được

xác định bằng tỉ số giữa dòng qua rơle I_Rkhi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và

dòng khởi động rơle I_KĐR

.

I_R

I_{KÂ R}

(2.9)

K _n=

14

Dạng ngắn mạch tính toán là dạng ngắn mạch gây nên trị số K_nnhỏ nhất.

Để đảm bảo cho bảo vệ tác động khi ngắn mạch qua điện trở quá độ, dựa vào kinh

nghiệm vận hành người ta coi rằng trị số nhỏ nhất cho phép là K_nmin≈1,5. Khi K_nnhỏ hơn

trị số nêu trên thì nên tìm cách dùng một sơ đồ nối rơle khác đảm bảo độ nhạy của bảo vệ

lớn hơn. Nếu biện pháp này không đem lại kết quả khả quan hơn thì cần phải áp dụng các

bảo vệ khác nhạy hơn.

Trường hợp tổng quát, yêu cầu đối với bảo vệ đặt trong mạng là phải tác động không

những khi hư hỏng trên chính đoạn được nó bảo vệ, mà còn phải tác động cả khi hư hỏng ở

đoạn kề nếu bảo vệ hoặc máy cắt của đoạn kề bị hỏng hóc (yêu cầu dự trữ cho bảo vệ của

đoạn kề). Trong trường hợp này khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối đoạn kề, hệ số độ nhạy

không được nhỏ hơn 1,2.

Để so sánh độ nhạy của một sơ đồ bảo vệ ở những dạng ngắn mạch khác nhau người

ta còn dùng hệ số độ nhạy tương đối K_ntđ, đo là tỷ số giữa K_nở dạng ngắn mạch đang khảo

^{sát với}K⁽_n³⁾khi ngắn mạch 3 pha với điều kiện là dòng ngắn mạch có giá trị như nhau:

K_n

I_R

(2.10)

K_ntâ

=

K⁽_n³⁾I⁽_R³⁾

Trong đó I_Rvà I_Rlà dòng qua rơle ở dạng ngắn mạch khảo sát và N⁽³⁾khi dòng

(3)

ngắn mạch sơ cấp có giá trị như nhau.

III. Đánh giá bảo vệ dòng cực đại làm việc có thời gian:

III.1. Tính chọn lọc:

Bảo vệ dòng cực đại chỉ đảm bảo được tính chọn lọc trong các mạng hình tia có một

nguồn cung cấp bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang tăng dần

theo hướng từ xa đến gần nguồn. Khi có 2 nguồn cung cấp, yêu cầu chọn lọc không được

thỏa mãn cho dù máy cắt và bảo vệ được đặt ở cả 2 phía của đường dây.

III.2. Tác động nhanh:

Càng gần nguồn thời gian làm việc của bảo vệ càng lớn. Ở các đoạn gần nguồn cần

phải cắt nhanh ngắn mạch để đảm bảo sự làm việc liên tục của phần còn lại của hệ thống

điện, trong khi đó thời gian tác động của các bảo vệ ở các đoạn này lại lớn nhất. Thời gian

tác động chọn theo nguyên tắc bậc thang có thể vượt quá giới hạn cho phép.

III.3. Độ nhạy:

Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do phải chọn dòng khởi động lớn hơn dòng làm việc

cực đại I_{lv max}có kể đến hệ số mở máy k_mmcủa các động cơ. Khi ngắn mạch trực tiếp ở

cuối đường dây được bảo vệ, độ nhạy yêu cầu là ≥ 1,5 (khi làm nhiệm vụ bảo vệ chính).

Độ nhạy như vậy trong nhiều trường hợp được đảm bảo. Tuy nhiên khi công suất nguồn

thay đổi nhiều, cũng như khi bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ trong trường hợp ngắn mạch ở

đoạn kề , độ nhạy có thể không đạt yêu cầu. Độ nhạy yêu cầu của bảo vệ khi làm nhiệm vụ

dự trữ là ≥ 1,2

15

III.4. Tính đảm bảo:

Theo nguyên tắc tác động, cách thực hiện sơ đồ, số lượng tiếp điểm trong mạch thao

tác và loại rơle sử dụng , bảo vệ dòng cực đại được xem là loại bảo vệ đơn giản nhất và

làm việc khá đảm bảo .

Do những phân tích trên, bảo vệ dòng cực đại được áp dụng rộng rãi trong các mạng

phân phối hình tia điện áp từ 35KV trở xuống có một nguồn cung cấp nếu thời gian làm

việc của nó nằm trong giới hạn cho phép. Đối với các đường dây có đặt kháng điện ở đầu

đường dây, có thể áp dụng bảo vệ dòng cực đại được vì khi ngắn mạch dòng không lớn

lắm, điện áp dư trên thanh góp còn khá cao nên bảo vệ có thể làm việc với một thời gian

tương đối lớn vẫn không ảnh hưởng nhiều đến tình trạng làm việc chung của hệ thống điện

.

IV. Bảo vệ dòng cắt nhanh:

IV.1. Nguyên tắc làm việc:

Bảo vệ dòng cắt nhanh (BVCN) là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách

chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chổ đặt bảo vệ khi hư

hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ, BVCN thường làm việc không thời gian hoặc có thời

gian rất bé để nâng cao nhạy và mở rộng vùng BV.

Hình 2.15 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng cắt nhanh không thời gian

đối với đường dây có nguồn cung cấp một phía

Xét sơ đồ mạng trên hình 2.15, BVCN đặt tại đầu đường dây AB về phía trạm A. Để

bảo vệ không khởi động khi ngắn mạch ngoài (trên các phần tử nối vào thanh góp trạm B),

dòng điện khởi động I_KĐcủa bảo vệ cần chọn lớn hơn dòng điện lớn nhất đi qua đoạn AB

khi ngắn mạch ngoài. Điểm ngắn mạch tính toán là N nằm gần thanh góp trạm B phía sau

máy cắt.

I

_KĐ= k_at. I_Nngmax

(2.13)

Trong đó :

16

I_Nngmax: Là dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

(thường là dòng N⁽³⁾)

k_at: hệ số an toàn; xét tới ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ, việc tính toán

không chính xác dòng ngắn mạch và sai số của rơle. Thường k_at= 1,2 ÷1,3.

Không kể đến k_tvvì khi ngắn mạch ngoài bảo vệ không khởi động.

IV.2. Vùng tác động của BV:

Khi hư hỏng càng gần thanh góp trạm A thì dòng điện ngắn mạch sẽ càng tăng theo

đường cong 1 (hình 2.15). Vùng bảo vệ cắt nhanh l_CNđược xác định bằng hoành độ của

giao điểm giữa đường cong 1 và đường thẳng 2 (đường thẳng 2 biểu diễn dòng điện khởi

động I_KĐ). Vùng l⁽³⁾chỉ chiếm một phần chiều dài của đường dây được bảo vệ. Dòng

CN

ngắn mạch không đối xứng thường nhỏ hơn dòng khi ngắn mạch 3 pha. Vì vậy, đường

cong I_N(đường cong 3) đối với các dạng ngắn mạch không đối xứng trong tình trạng cực

tiểu của hệ thống có thể nằm rất thấp so với đường cong 1; vùng bảo vệ l_CN< l⁽³⁾_CN, trong

một số trường hợp l_CNcó thể giảm đến 0.

IV.3. BVCN cho đường dây có 2 nguồn cung cấp:

Bảo vệ cắt nhanh còn có thể dùng để bảo vệ các đường dây có hai nguồn cung cấp.

Trên hình 2.16, giả thiết BVCN được đặt ở cả 2 phía của đường dây AB. Khi ngắn mạch

ngoài tại điểm N_Athì dòng ngắn mạch lớn nhất chạy qua các BVCN là I_NngmaxBtheo

hướng từ thanh góp B vào đường dây. Khi ngắn mạch ngoài tại điểm N_Bthì dòng ngắn

mạch lớn nhất chạy qua các BVCN là I_NngmaxAtheo hướng từ thanh góp A vào đường dây.

Để bảo vệ cắt nhanh không tác động nhầm khi ngắn mạch ngoài, cần phải chọn I_KĐ

>

I

_Nngmax. Trong trường hợp đang xét (hình 2.16), I_NngmaxA> I_NngmaxB, vì vậy dòng tính toán

_Nngmax= I_NngmaxA. Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn giống nhau cho cả hai phía:

I_KĐ= k_at.I_NngmaxA

Vùng bảo vệ l_CNAvà l_CNBđược xác định bằng hoành đô giao điểm của các đường

cong 1 (I_NA= f(l)) và 3 (I_NB= f(l)) với đường thẳng 2 (I_kĐ), gồm 3 đoạn:

* Ngắn mạch trong đoạn l_CNAchỉ có BVCN phía A tác động

* Ngắn mạch trong đoạn l_CNBchỉ có BVCN phía B tác động

* Khi ngắn mạch trong đoạn giữa thì không có BVCN nào tác động. Tuy nhiên nếu

(l_CNA+ l_CNB) > l thì khi ngắn mạch ở đoạn giữa cả hai BVCN sẽ cùng tác động.

** Hiện tượng khởi động không đồng thời:

Nếu giữa các trạm A,B ngoài đường dây được bảo vệ ra còn có các mạch liên lạc

vòng phụ khác thì có thể xảy ra hiện tượng khởi động không đ.thời giữa các bảo vệ đặt ở 2

đầu A,B của đường dây và chiều dài vùng bảo vệ có thể tăng lên.

Hiện tượng mà một bảo vệ chỉ bắt đầu khởi động sau khi một bảo vệ khác đã khởi

động và cắt máy cắt được gọi là hiện tượng khởi động không đồng thời. Khi kể đến tác

động không đồng thời, BVCN thậm chí có thể bảo vệ được toàn bộ đường dây có nguồn

cung cấp 2 phía.

17

Hinh 2.16 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng cắt nhanh

đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía

V. Bảo vệ dòng có đặc tính thời gian nhiều cấp:

Bảo vệ dòng có đặc tính thời gian nhiều cấp (hay còn gọi là đặc tính thời gian phụ

thuộc nhiều cấp) là sự kết hợp của các bảo vệ dòng cắt nhanh không thời gian, bảo vệ dòng

cắt nhanh có thời gian và bảo vệ dòng cực đại. Sơ đồ nguyên lí một pha của bảo vệ như

trên hình 2.18, đặc tính thời gian trên hình 2.19.

Hình 2.18 : Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ dòng

có đặc tính thời gian nhiều cấp

Nguyên tắc làm việc của bảo vệ được khảo sát thông qua sơ đồ mạng hình tia có

nguồn cung cấp 1 phía như hình 2.20. Các bảo vệ A và B đặt ở đầu đường dây AB và BC.

Sự thay đổi giá trị của dòng ngắn mạch theo khoảng cách từ thanh góp trạm A đến điểm hư

hỏng được đặc trưng bằng đường cong I_N= f(l).

* Cấp Thứ Nhất của các bảo vệ A và B (rơle 3RI, 4RGT và 5Th trên hình 2.18)

là cấp cắt nhanh không thời gian (t^I≤ 0,1 giây). Để đảm bảo chọn lọc, dòng khởi

động I^I_KĐAvà I^I_KĐBđược chọn lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài cực đại. Phần l^I_A

18

và l^I_Bcủa đường dây (xác định bằng đồ thị trên hình 2.20) là vùng thứ nhất của

bảo vệ A và B, chúng chỉ chiếm một phần chiều dài của đường dây AB và BC.

* Cấp Thứ Hai (rơle 6RI, 7RT và 8Th) là cấp cắt nhanh có thời gian, để đảm bảo

chọn lọc được chọn với thời gian t^IIlớn hơn thời gian tác động t^Icủa cấp thứ

nhất và của bảo vệ không thời gian đặt ở

các máy biến áp trạm B và C một bậc ∆t.

Khi chọn thời gian t^IInhư vậy, dòng khởi

động I^II

và I^II

của cấp thứ hai được

KĐA

KĐB

chọn lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại khi

hư hỏng ngoài vùng tác động của bảo vệ

không thời gian đặt ở các phần tử kề trước

(ví dụ, I^II

được chọn lớn hơn dòng ngắn

KĐA

mạch cực đại khi hư hỏng ở cuối vùng l^I_B

của cấp thứ nhất bảo vệ B hoặc hư hỏng trên

thanh góp điện áp thấp của trạm B).

Hình 2.19 : Đặc tính thời gian

của bảo vệ trên hình 2.18

Đối với bảo vệ A, nếu trường hợp tính toán là chỉnh định khỏi dòng ngắn mạch ở

cuối vùng l^I_Bcủa cấp thứ nhất bảo vệ B (dòng ngắn mạch lúc đó bằng dòng khởi động

I^I_KĐB) thì ta có :

I^II_KĐA= k_at.I^I_KĐB

Hình 2.20 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng có đặc tính thời gian nhiều cấp

19

Hệ số an toàn K_attính đến sai số của rơle và máy biến dòng, lấy bằng 1,1÷1,15.Vùng

bảo vệ của cấp thứ hai bao gồm phần cuối đường dây, thanh góp của trạm và một phần các

phần tử kề nối vào thanh góp này. Vùng thứ hai l^IIcủa bảo vệ A được xác định bằng đồ

A

thị trên (hình 2.20), trong trường hợp đang xét l^IIchứa phần cuối đường dây AB, thanh

A

góp B và phần đầu đường dây BC.

Độ nhạy cấp thứ hai của bảo vệ A và B được kiểm tra theo ngắn mạch trực tiếp ở

cuối đường dây được bảo vệ AB và BC tương ứng. Yêu cầu hệ số K^IIkhông được nhỏ

n

hơn 1,3 ÷ 1,5.

* Cấp Thứ Ba của bảo vệ A và B (rơle 9RI, 10RT, 11Th) là bảo vệ dòng cực đại, có

dòng khởi động I^III

và I^III

lớn hơn dòng điện làm việc cực đại. Tác động chọn lọc

KĐA

KĐB

của chúng được đảm bảo nhờ chọn thời gian t^III_Avà t^IIItheo nguyên tắc bậc thang.

B

Vùng bảo vệ của cấp thứ ba l^III_Avà l^III_Bbắt đầu từ cuối vùng hai trở đi. Nhiệm vụ của

cấp thứ ba là dự trữ cho hỏng hóc máy cắt hoặc bảo vệ của các phần tử kề, cũng như cắt

ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ khi 2 cấp đầu không tác động, ví dụ khi ngắn mạch

qua điện trở quá độ lớn. Độ nhạy của cấp thứ ba được kiểm tra với ngắn mạch ở cuối phần

tử kề. Yêu cầu hệ số K_n^IIIkhông được nhỏ hơn 1,2.

Ưu điểm cơ bản của bảo vệ dòng điện có đặc tính thời gian nhiều cấp là bảo đảm cắt

khá nhanh ngắn mạch ở tất cả các phần của mạng điện. Nhược điểm chính là độ nhạy thấp,

chiều dài vùng bảo vệ phụ thuộc vào tình trạng làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch,

chỉ đảm bảo tính chọn lọc trong mạng hở có một nguồn cung cấp.

VI. Bảo vệ dòng có kiểm tra áp:

Để phân biệt giữa

ngắn mạch và quá tải, đồng

thời nâng cao độ nhạy về

dòng của bảo vệ dòng cực

đại, người ta dùng sơ đồ bảo

vệ dòng có kiểm tra áp (hình

2.21). Khi ngắn mạch thì

dòng điện tăng và điện áp

giảm xuống do vậy cả rơle

dòng RI và rơle áp RU đều

khởi động dẫn đến cắt máy

cắt. Trong trường hợp này,

dòng khởi động của bảo vệ

Hinh 2.21 : Sơ đồ nguyên lí 1 pha của

bảo vệ dòng có kiểm tra áp

được tính theo biểu thức:

k_at

k_tv

I_KÂ

=

I_lvmax

Trong biểu thức trên không cần kể đến k_mmvì sau khi cắt ngắn mạch ngoài các động

cơ tự khởi động nhưng không làm điện áp giảm nhiều, các rơle RU không khởi động và

bảo vệ không thể tác động được.

Rõ ràng là khi không kể đến hệ số k_mmthì dòng khởi động của bảo vệ dòng có kiểm

tra áp sẽ nhỏ hơn nhiều so với dòng khởi động của bảo vệ dòng cực đại và tương ứng độ

nhạy được nâng cao đáng kể.