11/2/2011 29 Chương 8. BẢO VỆ RƠLE VÀ TĐH HTCCĐ 8.1. KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA 1. Khái niệm Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Thuật ngữ rơle được phiên âm từ tiếng nước ngoài: RELAIS-Pháp, RELAY-Anh, PEE-Nga với nghĩa ban đầu là phần tử làm nhiệm vụ tự động đóng cắt mạch điện. 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 hoá hệ thống điện gọi là BVRL 2. Mục đích, ý nghĩa - Về mặt kỹ thuật: BVRL là thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và cách ly các phần tử bị sự cố hoặc hoạt động bất thường ra khỏi HT. - Về mặt kinh tế: BVRL là thiết bị tự động hoá được dùng trong HTĐ với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi xảy ra sự cố. 11/2/2011 30 8.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng kể trên, thiết bị bảo vệ rơle phải thoả mãn được các yêu cầu cơ bản: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh và kinh tế. 1. Tin cậy (Reliability): Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ rơle làm việc đúng, chắc chắn khi xảy ra sự cố trong phạm vi đã được xác định. 2. Chọn lọc (selectivity): là khả năng của bảo vệ rơle có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. 3. Tác động nhanh: Bảo vệ rơle cần phải cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên cần kết hợp với yêu cầu chọn lọc. 4. Độ nhạy (sensitivity): Phản ánh khả năng phản ứng của bảo vệ với mọi mức độ sự cố. Độ nhạy được biểu thị bằng tỷ số đại lượng tác động tối thiểu với đại lượng đặt. Ví dụ: đối với BV quá dòng: KÐ Nmin nh I I k  Quy định cụ thể với các loại bảo vệ: - Bảo vệ chính: k nh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: k nh = 1,21,5. 11/2/2011 31 8.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL 5. Kinh tế: - Đối với mạng cao áp và siêu cao áp (U  110 kV): Chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, mặt khác yêu cầu phải được bảo vệ rất chắc chắn, vì vậy giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà phân phối thiết bị mà 4 yêu cầu kỹ thuật kể trên đóng vai trò quyết định. - Đối với mạng trung áp và hạ áp (U < 110 kV): Vì số lượng các phần tử được bảo vệ rất lớn, mặt khác các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng ở mạng cao áp và siêu cao áp cho nên khi lựa chọn thiết bị bảo vệ cần chú ý đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất. 11/2/2011 32 3.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL BI - Máy biến dòng điện BU - Máy biến điện áp CCh - Cầu chì K - Khoá điều khiển N - Nguồn điện thao tác MC - Máy cắt điện MC F -Tiếp điểm phụ của máy cắt điện Thanh góp BI MC MC F CC BU CCh - + K Rơle N Tải ba Tín hiệu cắt Mạch điện cần bảo vệ 11/2/2011 33 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 1. BI/TI - Cấu tạo: Là MBA làm việc ở chế độ NM - Tỷ số biến đổi n I (hoặc k I ): - Chức năng: - Ký hiệu: I A I B I C RƠLE I R 2 1 I I I n  Dùng biến đổi dòng lớn xuống dòng nhỏ 5A hoặc 1A cấp cho TBBV và đo lường 11/2/2011 34 2. BU/TU - Cấu tạo: Là MBA làm việc ở chế độ hở mạch - Tỷ số biến đổi n U (hoặc k U ): - Chức năng: - Ký hiệu: 2 1 U U U n  Dùng biến đổi áp lớn xuống áp nhỏ cấp cho TBBVRL và đo lường 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 11/2/2011 35 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 3. Nguồn thao tác N a. Khái niệm: Tất cả các mạch của sơ đồ điều khiển máy cắt, bảo vệ rơle, đo lường, tín hiệu được gọi là sơ đồ nhị thứ. Nguồn điện cung cấp cho việc thao tác các phần tử trong sơ đồ này gọi là nguồn thao tác. N nguồn điện thao tác riêng độc lập với phần tử được bảo vệ. b. Phân loại nguồn điện thao tác: Nguồn thao tác có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều. • Có thể Dùng Ắc quy (DC). Nếu cần nguồn AC (Nghịch lưu). • Có thể dùng năng lượng tích sẵn trên tụ điện (thường được nạp điện DC). • Có thể lấy từ BI và BU sau chỉnh lưu thành nguồn DC. Để tăng độ tin cậy của nguồn thao tác, người ta thường dùng kết hợp dự các nguồn kể trên. 11/2/2011 36 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 4. Rơle Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Phần tử Rơle nhận một (X) hoặc 1 số đầu vào (X 1 , X 2 ,…X n ) tương tự, biến đổi và so sánh tín hiệu này với ngưỡng tác động để cho tín hiệu ra Y dưới dạng các xung rời rạc với 2 trạng thái đối lập: 1 (có xung) và 0 (không có xung): X RL X 1 Y X n … RL Y ~ ~ • Rơle chia thành 3 nhón chính: RL Điện từ Tĩnh KT số 11/2/2011 37 4. Rơle a. Rơle điện từ (electromagnetic relay): Nguyên lý làm việc dựa trên nguyên lý điện từ (có các tiêp điểm đóng mở cơ khí). - Ưu điểm: Dễ chế tạo, rẻ tiền - Nhược điểm: Tiêu thụ công suất lớn, quán tính cao đôi khi tác động không chuẩn xác, khó mở rộng ghép nối với máy tính. b. Rơle tĩnh (static relay): Là rơle bán dẫn không có phần động. Rơle tĩnh gồm các khối chính sau: Tín hiệu vào Tiền xử lý Bộ lọc Cơ cấu Chấp hành Xử lý Thông tin BI BU - Ưu: Không có tiếp điểm → quán tính nhỏ và làm việc êm dịu. So với RL điện từ, tiêu tốn ít năng lượng, kích thước nhỏ gọn hơn - Nhược: Bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường xung quanh, đòi hỏi chất lượng nguồn thao tác cao, đòi hỏi sự bảo quản và chăm sóc chu đáo. 11/2/2011 38 4. Rơle c. Rơle KT số (digital relay): I U A B C O O B A C Tín hiệu đầu vào I max =100I kđ 1 sec U max =140V Lâu dài A D ~ 01 Máy tính, thiết bị tự động Giao diện Bàn phím Bộ xử lý Bộ nhớ RAM EEPROM Cổng vào - ra Tương tự Tương tự Số Xung điều khiển 100 V, 110 V; 10V đầu ra - vào 1 A, 5 A Lọc tín hiệu vào Khuếch đại Chuyển đổi tương tự -số Tín hiệu nhị phân Rơle cảnh báo Rơle Cắt Điốt phát quang (LED) [...]... tần số 81 f Rơle bảo vệ so lệch 87 SL ( I) Rơle bảo vệ so lệch cắt nhanh 50 /87 Chức năng tự động điều chỉnh điện áp 90 Rơle cắt 94 11 /2/ 2011 43 8. 5 SƠ ĐỒ NỐI BI VỚI RL - Sơ đồ sao đủ: RI IA IB RI RI IC k sd  BI IR 1 I2 - Sơ đồ sao khuyết: RI IA IB RI IC IR k sd   1 I2 BI - Sơ đồ hiệu 2 dòng pha: IA BI 11 /2/ 2011 IB IC RI IR k sd   3 + N( 3): I2 IR (2 ) (A và C): k 2 +N sd  I2 I + N (2 ) (A và B): k... thuộc 48 c Đặc tính thời gian của BV 51: A B Thường t = 0 ,25  0,6 sec D C HT pt ~ a) 1 4 3 2 t t1 b) t t2 t t3 t 0 t4 = tpt L (km) t c) t1 0 11 /2/ 2011 t t2 t t3 t t4 = tpt L (km) Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong mạng điện hình tia (a), cho đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c) 49 c Đặc tính thời gian của BV 51: t = tMC (n- 1) + st.t(n- 1) + tqt + tdt tMC (n- 1): thời... st = 0,08s Bài giải • Xác định dòng điện chạy trên các đoạn dây: - Dòng qua BV1: Ilv1 = I1 = 83 A; - Dòng qua BV2: Ilv2 = I1+I’1 = 83 +76= 159A - Dòng qua BV3: Ilv3 = I3 = Ilv2+I 2= 159+167 = 326 A 11 /2/ 2011 55 Bài giải (tiếp) • Căn cứ dòng làm việc chạy trên các đoạn dây, chọn các BI đấu sao khuyết: BI1: n1I = 100/1; BI2: n2I = 20 0/1; BI3: n3I = 400/1; ksđ = 1 1 Tính toán cho BV1: K at K m 1 ,2. 1,6 I... BV các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp) Không đảm bảo được tính chọn lọc trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cấp 11 /2/ 2011 53 Bài tập ví dụ Ví dụ 1: Tính toán BVQD có thời gian cho đường dây 22 kV? Biết Ilvmax = 357A; Km = 1,6; Kat = 1 ,2; dòng NM cuối đường dây IN = 1,32kA Bài giải - Căn cứ vào dòng điện Ilvmax = 357A, ta chọn BI có I1 = 400A còn I2 = 5A 1 ~ IN A 2 B N I1 400... nhiều nguồn cấp với hình dạng bất kỳ Đặc biệt dùng tốt cho các đường dây tải điện 11 /2/ 2011 62 2 Tính toán bảo vệ khoảng cách a Đối với BVKC làm việc không thời gian: ZKĐ = K.ZD = (0 ,8 0 ,8 5). ZD K - hệ số kể đến ảnh hưởng của Rhq tại chỗ NM; sai số của BI, BU và các sai số ảnh hưởng khác, (lấy K= 0 ,8 0 ,8 5) ZD - tổng trở đường dây được bảo vệ Ví dụ: ZAB= RAB + jXAB N BI ~ A 52 21 BU Rhq B 52 N’ ZAN =... đấu dây Y-∆, thì sơ đồ nối các BI phải chọn là ∆-Y Do vậy dòng KCB được xác định như sau: Ikcbttmax = (Kkck.Kđn.fimax + s∆U + s2i)INng max Trong đó: s2i là sai số tương đối do sự chênh lệch các dòng điện thứ cấp của các BI Xác định như sau: I 2I  I 2II s 2i  I 2I b Độ nhạy yêu cầu: K nh  I N min 2 IKÐ INmin- dòng NM nhỏ nhất khi có ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ 11 /2/ 2011 61 8. 8 BẢO VỆ KHOẢNG... đối với rơle tĩnh và rơle số Kat  1 ,2 đối với rơle điện cơ - Km= 2- 4: hệ số mở máy của các phụ tải ĐC có dòng điện chạy qua chỗ đặt BV - K TV  I TV : hệ số trở về (với ITV = Kat.Km.I ), I KÐ K  1 với RL tĩnh và RL số lvmax TV KTV = 0 ,85  0,9 đối với RL điện cơ - Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất có thể chạy qua bảo vệ 11 /2/ 2011 46 2 BVQD có thời gian I> (5 1) → Đồ thị đặc trưng chọn dòng khởi động... điện 10kV trong 2 TH: a Dùng RL số với đặc tính thời gian độc lập; b Dùng RL số với đặc tính thời gian phụ thuộc 2 3 I3 ~ 2 1’ I 2 I2 I1 N2 N3 N4 1 I’1 N1 Biết: - Hệ số: Km = 1,6; Kat = 1 ,2; thời gian tác động của BV1 t1 = 0,4s - Dòng làm việc và dòng ngắn mạch trên các đoạn đường dây: Dòng điện làm việc, A Dòng điện NM, kA I1 I’1 I 2 IN1 IN2 IN3 IN4 83 76 167 0,7 58 1,4 1 ,89 6,47 - Giả thiết: tqt... t1-thời điểm ngắn mạch t2-thời điểm MC cắt Imm Ilvmax Ilv I KÐR n I K at K m  Ilvmax  I Nmin k sd Kv Ilv 0 t1 t2 t Thời gian dòng ngắn mạch đi qua bảo vệ b Độ nhạy (sensitivity): Được đánh giá bởi knh: I Nmin k nh  I KÐ Quy định: - Bảo vệ chính: knh = 1,5 2 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1 ,2 1,5 11 /2/ 2011 47 2 BVQD có thời gian I> (5 1) c Đặc tính thời gian: t t t t = const 0 IKĐ Đặc tính độc lập 11 /2/ 2011...   80 I2 5 - Giả thiết BI được đấu với RL theo hình sao khuyết, nên ksđ = 1 Dùng RL số, nên chọn Kv = 1 Do đó: K K K 1 ,2. 1.1,6 I KÐR  at sd m I lvmax  357  8, 57 A n IK v 80 .1 Chọn RLQD 51 có dòng 9A Vậy cần chỉnh định dòng KĐ của BV: IKÐR.nI 9 .80 IKÐ    720 A ksd 1 11 /2/ 2011 - KT Độ nhạy: k nh  I Nmin 1, 32   1 ,83  k nhyc  1,5 I KÐ 0, 72 54 Ví dụ 2: Tính toán BVQD có thời gian cho mạng điện . pha: 1 I I k 2 R sd  3 I I k 2 R sd  + N (3 ) : + N (2 ) (A và C): 2 I I k 2 R sd  + N (2 ) (A và B): 1 I I k 2 R sd  11 /2/ 2011 45 8. 6. BẢO VỆ QUÁ DÒNG (overcurrent protection) 1. Nguyên lý tác. thấp nhất. 11 /2/ 2011 32 3.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL BI - Máy biến dòng điện BU - Máy biến điện áp CCh - Cầu chì K - Khoá điều khiển N - Nguồn điện thao tác MC - Máy cắt điện MC F -Tiếp điểm. hở mạch - Tỷ số biến đổi n U (hoặc k U ): - Chức năng: - Ký hiệu: 2 1 U U U n  Dùng biến đổi áp lớn xuống áp nhỏ cấp cho TBBVRL và đo lường 8. 3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 11 /2/ 2011 35 8. 3. CẤU