Giáo trình Bảo vệ rơle trong hệ thống điện - ĐH Điện lực

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:158

Thêm vào BST

Báo xấu

3.079
lượt xem 1.245
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Bảo vệ rơle trong hệ thống điện gồm có 8 chương, được dùng để giảng dạy cho sinh viên trong ngành Hệ thống điện trường Đại học Điện lực và làm tài liệu tham khảo cho những người làm công tác kỹ thuật và vận hành các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện. Giáo trình đưa ra một số vấn đề cơ bản của kỹ thuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các nguyên tắc tác động và cách thực hiện các loại bảo vệ thường gặp. Đối với mỗi phần tử trong hệ thống điện, giáo trình trình bày tóm tắt các chế độ làm việc, tình trạng hư hỏng và làm việc không bình thường, mô tả nguyên lý làm việc và chức năng của các phần tử chính trong sơ đồ bảo vệ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Bảo vệ rơle trong hệ thống điện - ĐH Điện lực

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC GIÁO TRÌNH ĐẠI HỌC BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Tài liệu tham khảo nội bộ dùng trong Khoa Hệ thống điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CÁC TÁC GIẢ THs. Nguyễn Văn Đạt Khoa Hệ thống điện TS. Nguyễn Đăng Toản Khoa Hệ thống điện Hà nội 2010
ii
LỜI TỰA Giáo trình “Bảo vệ rơle trong hệ thống điện” được dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành Hệ thống điện trường Đại học Điện lực và làm tài liệu tham khảo cho những người làm công tác kỹ thuật và vận hành các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện. Giáo trình đưa ra một số vấn đề cơ bản của kỹ thuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các nguyên tắc tác động và cách thực hiện các loại bảo vệ thường gặp. Đối với mỗi phần tử trong hệ thống điện, giáo trình trình bày tóm tắt các chế độ làm việc, tình trạng hư hỏng và làm việc không bình thường, mô tả nguyên lý làm việc và chức năng các phần tử chính trong sơ đồ bảo vệ. Giáo trình giới thiệu và xem xét việc bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện bao gồm: đường dây truyền tải, máy phát điện, máy biến áp, thanh góp, động cơ điện, tụ điện, kháng điện, cáp điện. Toàn bộ cuốn sách chia làm 8 chương. Đây là lần tái bản thứ nhất, các tác giả đã cố gắng chỉnh sửa những thiếu sót của lần xuất bản trước và cập nhật thêm một số kiến thức mới, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Những nhận xét và góp ý của bạn đọc xin gửi cho Khoa Hệ thống điện – Trường Đại học Điện lực – 235 Hoàng Quốc Việt - Hà Nội. Email. Tel : iii
LỜI CẢM ƠN iv
MỤC LỤC LỜI TỰA...................................................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................... iv MỤC LỤC ......................................................................................................................................v DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................................ ix DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................................xv PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ........................................................................................xvi CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................1 1.1 NHIỆM VỤ BẢO VỆ RƠ LE................................................................................................... 1 1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE............................................................................................ 2 1.2.1 Tính tin cậy ....................................................................................................................... 2 1.2.2 Tính chọn lọc..................................................................................................................... 2 1.2.3 Tính tác động nhanh .......................................................................................................... 3 1.2.4 Độ nhạy............................................................................................................................. 4 1.2.5 Tính kinh tế ....................................................................................................................... 4 1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE................................................................ 4 1.4 MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI, CT).......................................................................................... 7 1.4.1 Khái niệm về máy biến dòng điện ...................................................................................... 7 1.4.2 Sơ đồ thay thế và ký hiệu máy biến dòng điện.................................................................... 7 1.4.3 Sai số của máy biến dòng và yêu cầu về độ chính xác ........................................................ 8 1.4.4 Tính toán phụ tải của máy biến dòng điện .........................................................................10 1.4.5 Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng điện ..............................................................10 1.4.6 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện.....................................................................................11 1.5 MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU, VT, PT).......................................................................................14 1.5.1 Khái niệm về máy biến điện áp .........................................................................................14 1.5.2 Sai số của máy biến điện áp và yêu cầu về độ chính xác....................................................15 1.5.3 Các sơ đồ nối máy biến điện áp.........................................................................................16 1.6 NGUỒN ĐIỆN THAO TÁC ...................................................................................................18 1.6.1 Nguồn điện thao tác một chiều..........................................................................................18 1.6.2 Nguồn điện thao tác xoay chiều ........................................................................................19 1.7 KÊNH THÔNG TIN TRUYỀN TÍN HIỆU .............................................................................21 1.7.1 Các loại kênh truyền tín hiệu.............................................................................................21 1.7.2 Yêu cầu đối với kênh truyền tín hiệu.................................................................................23 1.7.3 Môi trường truyền tín hiệu và nhiễu...................................................................................23 1.8 THÔNG TIN CẦN THIẾT PHỤC VỤ TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE.....................................25 1.8.1 Nguyên lý đó lường dùng trong mục đích bảo vệ ...............................................................25 1.8.2 Tính toán ngắn mạch/sự cố ...............................................................................................27 v
1.9 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................28 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLE...............................................29 2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA RƠLE .....................................................................................29 2.2 PHÂN LOẠI RƠLE ................................................................................................................30 2.3 RƠLE ĐIỆN CƠ .....................................................................................................................34 2.3.1 Rơle dòng điện kiểu điện từ ..............................................................................................34 2.4 RƠLE DÒNG ĐIỆN KIỂU CẢM ỨNG ..................................................................................37 2.4.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................37 2.4.2 Lĩnh vực ứng dụng: ..........................................................................................................39 2.4.3 Rơle điện áp .....................................................................................................................39 2.4.4 Rơle thời gian ...................................................................................................................40 2.4.5 Rơle trung gian .................................................................................................................40 2.4.6 Rơle tín hiệu .....................................................................................................................41 2.5 RƠLE ĐIỆN TỬ .....................................................................................................................41 2.6 RƠLE KỸ THUẬT SỐ ...........................................................................................................44 2.7 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................46 CHƯƠNG 3: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE HỆ THỐNG ĐIỆN.............47 3.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ..................................................................................................47 3.1.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................47 3.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại. .................................................................................................47 3.1.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh ..............................................................................................49 3.1.4 Bảo vệ dòng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp ...............................................................49 3.1.5 Bảo vệ dòng điện ba cấp ...................................................................................................50 3.1.6 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện .........................................................................................52 3.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CÓ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT............................................53 3.2.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................53 3.2.2 Phần tử định hướng công suất ...........................................................................................54 3.2.3 Lựa chọn thời gian cho bảo vệ dòng điện có định hướng công suất....................................54 3.2.4 Lựa chọn dòng điện khởi động..........................................................................................55 3.2.5 Bảo vệ dòng điện có hướng ba cấp ....................................................................................56 3.2.6 Đánh giá bảo vệ dòng điện có định hướng công suất .........................................................56 3.3 NGUYÊN LÝ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH .............................................................................57 3.3.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................57 3.3.2 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách................................................................59 3.3.3 Nguyên tắc thực hiện rơle khoảng cách .............................................................................60 3.3.4 Lựa chọn giá trị khởi động................................................................................................60 3.3.5 Những yếu tố làm sai lệch đến sự làm việc của rơle khoảng cách ......................................61 3.3.6 Đánh giá về bảo vệ khoảng cách .......................................................................................62 vi
3.4 BẢO VỆ SO LỆCH.................................................................................................................62 3.4.1 So lệch dòng điện .............................................................................................................62 3.4.2 So sánh pha của dòng điện ................................................................................................65 3.4.3 Đánh giá về bảo vệ so lệch................................................................................................66 3.5 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................66 PHẦN II: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ................................................67 CHƯƠNG 4: BẢO VỆ CÁC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ........................................68 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG.............................................................................................................68 4.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ..................................................................................................69 4.2.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh........................................................................................69 4.2.2 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian ....................................................................................70 4.2.3 Bảo vệ quá dòng có khoá điện áp thấp ..............................................................................71 4.2.4 Bảo vệ quá dòng điện có hướng ........................................................................................72 4.2.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng ................................................................................74 4.3 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ..............................................................75 4.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ......................................................................................75 4.3.2 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ ......................................................................................77 4.3.3 Bảo vệ so sánh pha dòng điện ...........................................................................................78 4.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ...................................................................................................81 4.4.1 Chọn giá trị khởi động và thời gian làm việc rơ le khoảng cách .........................................81 4.4.2 Bảo vệ khoảng cách ở các đường dây có đặt tụ điện bù dọc :.............................................83 4.5 BẢO VỆ SO SÁNH HƯỚNG .................................................................................................85 4.6 NGUYÊN LÝ BẢO CHỐNG CHẠM ĐẤT.............................................................................87 4.6.1 Nguyên tắc tác động .........................................................................................................87 4.6.2 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không...................................................................................88 4.6.3 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng....................................................................88 4.6.4 Bảo vệ chống chạm đất “chập chờn” .................................................................................91 4.7 CÂU HỎI ÔN TẬP .................................................................................................................92 CHƯƠNG 5: BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ .........................................93 5.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN .......................................................................................................................93 5.2 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CUỘN DÂY STATO ...........................................................94 5.3 BẢO VỆ CHỐNG NGẮN MẠCH GIỮA CÁC PHA ..............................................................98 5.3.1 Bảo vệ so lệch hãm...........................................................................................................99 5.3.2 Bảo vệ khoảng cách ........................................................................................................101 5.3.3 Bảo vệ quá dòng điện .....................................................................................................102 5.4 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM CHẬP CÁC VÒNG DÂY TRONG MỘT PHA CỦA CUỘN STATO .......................................................................................................................................103 vii
5.5 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CUỘN DÂY RÔ TO ..........................................................105 5.6 BẢO VỆ CHỐNG DÒNG ĐIỆN THỨ TỰ NGHỊCH............................................................109 5.7 BẢO VỆ CHỐNG MẤT KÍCH TỪ.......................................................................................110 5.8 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI CHO CUỘN DÂY STATO VÀ RÔTO MÁY PHÁT ĐIỆN ....112 5.9 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP........................................................................................113 5.10 BẢO VỆ CHỐNG TẦN SỐ GIẢM THẤP ..........................................................................114 5.11 BẢO VỆ CHỐNG LUỒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC ...........................................................115 5.12 CÂU HỎI ÔN TẬP .............................................................................................................116 CHƯƠNG 6: BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP................................................................ 117 6.1 CÁC HƯ HỎNG VÀ NHỮNG LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG .......................................117 6.2 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC......................................................................................................117 6.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN ................................................................................................119 6.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ..................................................................................................120 6.5 BẢO VỆ BẰNG RƠ LE KHÍ (BUCHHOLZ)........................................................................121 6.6 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP .........................................................122 6.7 BẢO VỆ QUÁ NHIỆT CHO MÁY BIẾN ÁP .......................................................................123 6.8 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ....................................................126 6.9 CÂU HỎI ÔN TẬP ...............................................................................................................127 CHƯƠNG 7: BẢO VỆ CÁC HỆ THỐNG THANH GÓP ...................................115 7.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG .......................................................................................................115 7.1.1 Những trường hợp không cần đặt bảo vệ riêng ................................................................115 7.1.2 Những trường hợp cần đặt bảo vệ riêng cho thanh góp ....................................................116 7.2 CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP ........................................................................................116 7.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp.........................................................................................116 7.2.2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có một máy cắt trên mạch .................................................117 7.2.3 Sơ đồ thanh góp mỗi mạch điện được nối với hệ thống thanh góp qua hai máy cắt điện...119 7.3 BẢO VỆ SO LỆCH TOÀN PHẦN THANH GÓP.................................................................120 7.3.1 Những đặc điểm khi thực hiện bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp..................................120 7.3.2 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ....................................................................................122 7.3.3 Bảo vệ so lệch thanh góp dùng rơ le tổng trở cao ............................................................124 7.3.4 Bảo vệ thanh góp dùng nguyên lý so sánh pha dòng điện ................................................126 7.4 BẢO VỆ SO LỆCH KHÔNG TOÀN PHẦN THANH GÓP ..................................................127 viii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle ........................................................................... 3 Hình vẽ 1-2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ .......................................................................... 5 Hình vẽ 1-3: Vì dụ về một cấu trúc của hệ thống bảo vệ ..................................................................... 6 Hình vẽ 1-4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ có dự phòng để tăng cường độ tin cậy...................... 6 Hình vẽ 1-5: Máy biến dòng cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng .............................. 7 Hình vẽ 1-6: Sai số của BI và sơ đồ thay thế của BI dùng trong bảo vệ............................................... 9 Hình vẽ 1-7: Nối tiếp hai máy biến dòng ...........................................................................................10 Hình vẽ 1-8: Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp iS, từ thông F,.........................11 Hình vẽ 1-9: Các nối BI và rơle theo sơ đồ hình sao ..........................................................................11 Hình vẽ 1-10: Sơ đồ nồi một rơle vào hiệu dòng điện hai pha và sơ đồ véc tơ của dòng điện thứ cấp qua rơle khi ngắn mạch 2 pha và ba pha ............................................................................................12 Hình vẽ 1-11: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không: a) sơ đồ nguyên lý, b) bộ lọc dùng ba máy biến dòng, c) bộ lọc một máy biến dòng dùng cho đường dây trên không, d) bộ lọc một máy biến dòng dùng cho đường dây cáp ngầm ..........................................................................................................13 Hình vẽ 1-12: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch LI2: a) Sơ đồ cấu trúc, b) mạch điện, c) Đồ thị véc tơ đối với thành phần thứ tự thuận, d) đồ thị véc tơ thành phần thứ tự nghịch ..............................14 Hình vẽ 1-13: Máy biến điện áp cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến điện áp ....................15 Hình vẽ 1-14: Sơ đồ nối các BU theo hình sao: a nối vào điện áp dây, b) nối vào điện áp pha, c) điện áp ba pha và dây trung tính của HTĐ ................................................................................................16 Hình vẽ 1-15: Sơ đồ nối các BU theo hình V/V .................................................................................16 Hình vẽ 1-16: Các sơ đồ bộ lọc thứ tự không, a) cuộn tam giác hở, b) bộ lọc điện áp thứ tự không ở trung tính máy phát điện ...................................................................................................................17 Hình vẽ 1-17: Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc điện áp thứ tự nghịch........................................................18 Hình vẽ 1-18: Sơ đồ dùng rơle dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn làm việc với dòng điện thao tác một chiều.............................................................................................................19 Hình vẽ 1-19: Sơ đồ bảo vệ dòng điện dùng nguồn thao tác xoay chiều theo phương pháp khử nối tắt cuộn cắt của máy cắt .........................................................................................................................20 Hình vẽ 1-20: Sơ đồ bảo vệ dòng điện nối vào dòng điện thao tác xoay chiều qua biến dòng bão hoà trung gian .........................................................................................................................................20 Hình vẽ 1-21: Sơ đồ bộ cung cấp liên hợp .........................................................................................21 Hình vẽ 1-22: Sơ đồ nguồn cung cấp bằng bộ tụ nạp sẵn ...................................................................21 Hình vẽ 1-23: Liên hệ giữa các thiết bị làm việc với kênh truyền tín hiệu ..........................................22 Hình vẽ 1-24: Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng đầu vào ........................................................26 Hình vẽ 1-25: Nguyên lý so sánh pha (a) và biểu đồ so sánh hai tín hiệu đầu vào hình sin lệch pha nhau (b) ............................................................................................................................................27 Hình vẽ 2-1: So sánh giữa rơle số và rơle thông thường.....................................................................30 ix
Hình vẽ 2-2: Phân loại rơle theo các đại lượng đầu vào .....................................................................31 Hình vẽ 2-3: Các loại sơ đồ của hệ thống bảo vệ rơle ........................................................................32 Hình vẽ 2-4: Một số loại rơle điện từ: a) Rơle điện từ có phần động đóng mở, b) Có phần động quay, c) phần chuyển động tịnh tiến............................................................................................................35 Hình vẽ 2-5: Quan hệ giữa trị số tức thời của mô men quay Mt và các thành phần của nó với thời gian đối với rơle dòng điện điện từ ...........................................................................................................36 Hình vẽ 2-6: Vòng ngắn mạch của rơle và đồ thị véc tơ.....................................................................36 Hình vẽ 2-7: Rơle dòng điện: a) có vòng cảm ứng ngắn mạch, b) và đồ thị véc tơ..............................38 Hình vẽ 2-8: Rơ le thời gian ..............................................................................................................40 Hình vẽ 2-9: Các sơ đồ nối rơ le trung gian: a)Sơ đồ nối các rơle RG song song, b) nối tiếp, c) song song có tự giữ bằng cuộn dây nối tiếp ...............................................................................................41 Hình vẽ 2-10: Sơ đồ nối dây của rơle tín hiệu, a) nối tiếp, b) song song .............................................41 Hình vẽ 2-11: Rơle dòng điện chỉnh lưu: a) Sơ đồ nguyên lý, b) dòng điện chỉnh lưu [I]....................42 Hình vẽ 2-12: Các sơ đồ san bằng dòng điện chỉnh lưu,.....................................................................43 Hình vẽ 2-13: Sơ đồ so sánh dòng điện Iđ với đại lượng chuẩn Ich ......................................................44 Hình vẽ 2-14: Sơ đồ khối của rơ le số................................................................................................45 Hình vẽ 2-15: Sơ đồ tự kiểm tra các khối chức năng trong rơle số .....................................................46 Hình vẽ 3-1: Thí dụ về cách tính dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại a) Sơ đồ nguyên lý, b) Chọn dòng điện khởi động .......................................................................................................48 Hình vẽ 3-2: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh, a) Sơ đồ nguyên lý, b) Cách chọn dòng điện khởi động .........................................................................................................................................................49 Hình vẽ 3-3: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng điện cực đại có bộ phận kiểm tra điện áp. ..................50 Hình vẽ 3-4: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng ba cấp. ......................................................................51 Hình vẽ 3-5: Tính dòng điện và thời gian tác động của bảo vệ dòng ba cấp........................................52 Hình vẽ 3-6: Bảo vệ quá dòng điện có hướng a) Mạch vòng, b) Đường dây song song, c) Đường dây có hai nguồn cung cấp,......................................................................................................................53 Hình vẽ 3-7: Bảo vệ quá dòng điện có hướng: a) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng, b) Đặc tính pha của bộ phận định hướng công suất.....................................................................................................54 Hình vẽ 3-8: Phối hợp thời gian tác động của bảo vệ quá dòng điện có hướng với thanh góp có nhiều mạch đường dây................................................................................................................................55 Hình vẽ 3-9: Các cấu hình lưới điện phức tạp bảo vệ quá dòng có hướng không đảm bảo tính chọn lọc: a) Mạng vòng có nhiều nguồn cung cấp. b) Mạng vòng có một nguồn cung cấp khi có liện hệ ngang không có nguồn (Đường dây BD)......................................................................................................57 Hình vẽ 3-10: Nguyên lý đo tổng trở, a) Sơ đồ lưới điện; b) Vùng biến thiên của tổng trở phụ tải; c)Tổng trở đo trong điều kiện sự cố; d) Đặc tính khởi động của bộ phận khoảng cách........................58 Hình vẽ 3-11: Các đặc tuyến tổng trở khởi động thường gặp: a) Tổng trở không hướng (ZKđ=const); b) Tổng trở có hướng (vòng tròn qua gốc toạ độ); c) Vòng tròn lệch tâm; d) Hình thấu kính, e,g) Hình đa giác; h) 7SA513..........................................................................................................................59 x
Hình vẽ 3-12: Sơ đồ phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng của bảo vệ khoảng cách. .....................................................................................................................................60 Hình vẽ 3-13: Sự phân bố dòng điện trên các nhánh của đường dây mạch kép ...................................61 Hình vẽ 3-14: Bảo vệ so lệch dòng điện a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véctơ dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và trong chế độ bình thường, c) Khi ngắn mạch trong vùng. ............................................63 Hình vẽ 3-15: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm bổ sung bằng dòng điện hài bậc hai dùng cho bảo vệ máy biến áp hai dây quấn ................................................................................................65 Hình vẽ 3-16: Bảo vệ so sánh pha dòng điện: a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính góc pha bảo vệ. ..........66 Hình vẽ 4-1: Bảo vệ cắt nhanh đường dây có hai nguồn cung cấp......................................................69 Hình vẽ 4-2: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng điện, a) Độc lập, b) Phụ thuộc. .........................70 Hình vẽ 4-3: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện trong lưới điện hình tia (a) cho trường hợp đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c) .............................................................71 Hình vẽ 4-4: Bảo vệ quá dòng điện có khoá điện áp thấp ...................................................................71 Hình vẽ 4-5: Bảo vệ quá dòng điện có hướng: a) đường dây hai mạch song song, b) cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ ...................................................................................................................73 Hình vẽ 4-6: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện có hướng trong lưới điện có hai nguồn cung cấp.................................................................................................................................74 Hình vẽ 4-7: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh không có hướng (a) và có hướng (b)...........................75 Hình vẽ 4-8: Bảo vệ so lệch dọc có hãm, a) Sơ đồ nguyên lý, b) đồ thị véc tơ của dòng điện làm việc ILV và dòng điện hãm IH khi có ngắn mạch ngoài (b) và trong vùng (c) ..............................................76 Hình vẽ 4-9: Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm (1) và tương quan giữa dòng điện làm việc Ilv và dòng điện hãm IH khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ và nguồn cung cấp từ một phía (2) ...76 Hình vẽ 4-10: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm, dùng dây dẫn phụ ...................................................77 Hình vẽ 4-11: Cộng dòng điện để giảm bớt dây dẫn phụ trong sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện...........78 Hình vẽ 4-12: Sơ đồ khối bảo vệ so sánh pha dòng điện từng pha riêng biệt ......................................79 Hình vẽ 4-13: Tín hiệu so sánh pha dòng điện cho trường hợp ngắn mạch ngoài vùng (a) và trong vùng (b) bảo vệ ...................................................................................................................80 Hình vẽ 4-14: Sơ đồ dùng tổ hợp máy biến dòng BI để nhận điện áp đầu ra một pha U từ dòng điện 3 pha.................................................................................................................................................80 Hình vẽ 4-15: Phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng tác động của bảo vệ khoảng cách, a) Sơ đồ lưới điện, b) Phối hợp đặc tính khởi động và thời gian....................................82 Hình vẽ 4-16: Phối hợp các vùng bảo vệ khoảng cách trong trường hợp từ thanh cái cuối đường dây có nhiều dây ra ......................................................................................................................................83 Hình vẽ 4-17: Điện kháng đường dây phụ thuộc vào dung kháng và vị trí đặt tụ bù dọc.....................84 Hình vẽ 4-18: Bảo vệ khoảng cách trên đường dây có bù dọc, a) Sơ đồ nguyên lý, b) khi bộ tụ làm việc bình thường, c) khi bộ tụ bị nối tắt .............................................................................................85 Hình vẽ 4-19: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ theo hướng công suất thứ tự không ................................86 xi
Hình vẽ 4-20: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so sánh hướng công suất thứ tự không truyền tín hiệu cho phép..................................................................................................................................................86 Hình vẽ 4-21: Sự biến thiên của dòng (a) và áp (b) tại chỗ đặt bảo vệ trước và sau thời điểm sự cố (t = 0)......................................................................................................................................................87 Hình vẽ 4-22: Phân bố dòng điện sự cố (điện dung) khi có chạm đất trên các đường dây khác nhau trong lưới điện hình tia có trung tính không nối đất. (a) Chạm đất đường dây D3; (b) Chạm đất đường dây D1 ..............................................................................................................................................89 Hình vẽ 4-23: Sơ đồ xác định góc lệch pha 0 giữa dòng (I0) và áp (U0) thứ tự không......................89 Hình vẽ 4-24: Sơ đồ nguyên lý sử dụng chung cho toàn trạm một bộ xác định hướng công suất thứ tự không, có đổi nối trong mạch dòng điện thứ tự không của các đường dây..........................................90 Hình vẽ 4-25: Mắc điện trở song song với cuộn Petersen để tăng độ nhạy của bảo vệ chống chạm đất .........................................................................................................................................................91 Hình vẽ 4-26: Nguyên lý của sơ đồ bảo vệ chống chạm đất “chập .....................................................92 Hình vẽ 5-1: Chạm đất trong cuộn dây Stato máy phát điện...............................................................95 Hình vẽ 5-2: Bảo vệ có hướng chống chạm đất cuộn dây stato máy phát điện đấu trực tiếp với thanh góp điện áp máy phát: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véc tơ ...............................................................95 Hình vẽ 5-3: Phân bố thành phần hài bậc ba dọc theo cuộn dây stato máy phát điện, a) chế độ bình thường; b) khi chạm đất ở trung điểm; c) ở đầu cực máy phát điện. ...................................................96 Hình vẽ 5-4: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất theo hài bậc 3: a) sơ đồ nguyên lý, b) đồ thị véc tơ trong chế độ vận hành bình thường, c) khi có chạm đất gần trung điểm máy phát điện...97 Hình vẽ 5-5: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất có đưa thêm điện áp hãm 20Hz vào trung điểm máy phát điện..................................................................................................................98 Hình vẽ 5-6: Ngắn mạch ba pha trong cuộn dây stato máy phát điện đồng bộ, a) sơ đồ nguyên lý, b) phân bố sức điện động theo số vòng  của cuộn dây, c) và quan hệ giữa dòng sự cố với số vòng dây bị ngắn mạch  ...................................................................................................................................100 Hình vẽ 5-7: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm cuộn dây stato máy phát ..........................................100 Hình vẽ 5-8: Bảo vệ so lệch dùng rơ le tổng trở cao đặt cho máy phát điện: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Mạch điện đẳng trị và phân bố điện áp trong chế độ làm việc bình thường, c) Mạch điện đẳng trị và phân bố điện áp khi có ngắn mạch ngoài và nhóm BI2 bị bão hoà hoàn toàn....................................101 Hình vẽ 5-9: Bảo vệ khoảng cách cho bộ MPĐ-MBA: a) Sơ đồ nguyên lý, b) đặc tính thời gian......102 Hình vẽ 5-10: Đặc tuyến khởi động của rơ le khoảng cách dùng làm bảo vệ cho máy phát điện .......102 Hình vẽ 5-11: Bảo vệ quá dòng có khóa điện áp thấp làm bảo vệ dự phòng cho máy phát điện ........103 Hình vẽ 5-12: Bảo vệ so lệch ngang chống ngắn mạch giữa các vòng dây của máy phát điện công suất lớn: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đặc tính khởi động................................................................................104 Hình vẽ 5-13: Bảo vệ cuộn dây máy phát điện có hai nhánh song song chống chạm chập giữa các vòng dây..................................................................................................................................................104 Hình vẽ 5-14: Chạm đất trong cuộn dây roto MPĐ, a) Chạm đất một điểm, b) Hai điểm..................105 xii
Hình vẽ 5-15: Bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây roto máy phát điện dùng điện áp phụ một chiều: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Dòng điện qua rơ le theo vị trí điểm chạm đất  và khi dùng nguồn điện phụ xoay chiều: c) Sơ đồ nguyên lý, d) Dòng điện qua rơ le.....................................................105 Hình vẽ 5-16: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất cuộn dây roto máy phát điện có hệ thống kích từ không chổi than với điốt chỉnh lưu lắp trực tiếp trên thân roto dựa trên nguyên lý đo điện dẫn ...................106 Hình vẽ 5-17: Đặc tính biến thiên của tổng trở đối với đất của mạch kích thích Hình vẽ 5-16 và đặc tính tác động của rơ le đo điện dẫn để chống chạm đất mạch roto máy phát điện đồng bộ: 1) Đặc tính cắt, 2) Đặc tính cảnh báo ..........................................................................................................107 Hình vẽ 5-18: Sơ đồ nguyên lý phát hiện chạm đất trong cuộn dây roto máy phát điện dùng nguồn điện phụ 1Hz có dạng sóng chữ nhật (a) và dạng sóng đặt vào bộ phận đo UM đối với các điện trở chạm đất khác nhau (b và c) ...........................................................................................................................108 Hình vẽ 5-19: Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch đặt ở máy phát điện, a) sơ đồ nguyên lý, b) đặc tính thời gian phụ thuộc tỷ lệ nghịch, c) độc lập có 2 cấp.................................................................109 Hình vẽ 5-20: Bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện, a) Thay đổi hướng công suất phản kháng Q, b) Thay đổi tổng trở đo được ở cực MFĐ, c) Giới hạn thay đổi của công suất MPĐ.............................111 Hình vẽ 5-21: Sơ đồ bảo vệ chống mất kích thích ở máy phát điện sử dụng rơ le điện kháng cực tiểu: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véc tơ, c) Các dạng sóng của các đại lượng tương ứng ......................111 Hình vẽ 5-22: Quan hệ giữa mức quá tải và thời gian quá tải cho phép của các cuộn dây MPĐ........113 Hình vẽ 5-23: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống quá tải cuộn dây máy phát điện với 2 kênh đo lường độc lập ..................................................................................................................................................113 Hình vẽ 5-24: Bảo vệ chống quá điện áp hai cấp đặt ở máy phát điện ..............................................114 Hình vẽ 5-25: Thời gian tích hợp cho phép vận hành máy phát điện ở tần số cao .............................115 Hình vẽ 5-26: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống công suất ngược ..................................................116 Hình vẽ 6-1: Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian BIG .................................................................................118 Hình vẽ 6-2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm cho máy biến áp 3 cuộn dây HM- hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hoá MBA....................................................................................118 Hình vẽ 6-3: Sơ đồ nguyên lý (a) và đặc tính thời gian (b) của bảo vệ khoảng cách đặt ở MBA hai cuộn dây (hoặc MBA tự ngẫu) ........................................................................................................120 Hình vẽ 6-4: Ví dụ về rơ le khí đặt cho máy biến áp ........................................................................122 Hình vẽ 6-5: Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho máy biến áp : a) MBA hai cuộn dây, b) MBA tự ngẫu..................................................................................................................................122 Hình vẽ 6-6: Sự phụ thuộc độ tăng nhiệt độ của dầu so với nhiệt độ môi trường làm mát và độ tăng nhiệt độ cuộn dây so với nhiệt độ của dầu vào phụ tải xác lập..........................................................124 Hình vẽ 6-7: Sơ đồ bảo vệ quá nhiệt máy biến áp ............................................................................126 Hình vẽ 6-8: Phương thức bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây công suất bé ........................................126 Hình vẽ 6-9: Phương thức bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây công suất lớn........................................127 Hình vẽ 6-10: Phương thức bảo vệ máy biến áp tự ngẫu công suất lớn.............................................127 xiii
Hình vẽ 7-1: Thí dụ các sơ đồ nối điện không cần đặt bảo vệ thanh góp riêng.................................115 Hình vẽ 7-2: Thí dụ các sơ đồ nối điện cần bảo vệ riêng cho thanh góp ...........................................116 Hình vẽ 7-3: Các loại sơ đồ một hệ thống thanh góp........................................................................117 Hình vẽ 7-4: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có một máy cắt trên một mạch ......................................119 Hình vẽ 7-5: Sơ đồ hai thanh góp mỗi mạch được nối với hai hệ thống thanh góp qua hai máy cắt điện .......................................................................................................................................................119 Hình vẽ 7-6: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch .........................................119 Hình vẽ 7-7: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có bốn máy cắt trên ba mạch .........................................120 Hình vẽ 7-8: Sơ đồ bố trí hệ thống thanh góp theo hình đa giác ......................................................120 Hình vẽ 7-9: Bảo vệ so lệch toàn phần của thanh góp đơn ...............................................................121 Hình vẽ 7-10: Bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp có phân đoạn với các phần tử phân bố lên cả hai phân đoạn .......................................................................................................................................121 Hình vẽ 7-11: Sơ đồ nguyên lý so lệch dòng điện có hãm để bảo vệ thanh góp đơn ........................122 Hình vẽ 7-12:Đặc tính bảo vệ thanh góp dùng dòng điện hãm .........................................................123 Hình vẽ 7-13: Sơ đồ bảo vệ một hệ thống thanh góp có phân đoạn ..................................................123 Hình vẽ 7-14: Sơ đồ bảo vệ so lệch có hãm hệ thống hai thanh góp .................................................124 Hình vẽ 7-15: Bảo vệ thanh góp bằng rơ le tổng trở cao ................................................................124 xiv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Một số ví dụ về các tỉ số của BI ......................................................................................... 8 Bảng 1-2: Cấp chính xác của một số loại máy biến dòng điện............................................................. 8 Bảng 1-3: Giới hạn sai số của BI có cấp chính xác 5P và 10P ............................................................. 9 Bảng 1-4: Giới hạn sai số của BU dùng cho bảo vệ ...........................................................................16 Bảng 2-1: Các ký hiệu và loại rơle ....................................................................................................32 Bảng 6-1: Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp.................................................................117 xv
PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ xvi
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 NHIỆM VỤ BẢO VỆ RƠ LE Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện (HTĐ) nào, chúng ta cũng đều mong muốn HTĐ đó phải được vận hành ở chế độ an toàn, tin cậy, và kinh tế nhất. Một HTĐ thường rộng lớn về qui mô, trải dài trong không gian với nhiều thiết bị điện khác nhau từ phần phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Do đó, trong bất cứ HTĐ nào cũng có thể phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường đối với các phần tử trong HTĐ đó. Nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng, hay sự cố đối rất đa dạng: Do các hiện tượng thiên nhiên: như giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa… Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót trong bảo dưỡng thiết bị điện… Các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường của HTĐ… Các sự cố nguy hiểm nhất có thể xảy ra trong HTĐ thường là các dạng ngắn mạch. Khi ngắn mạch, dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra những tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó chạy qua. Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để tồn tại lâu có thể đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn. Ngắn mạch cũng làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các hộ tiêu dùng điện. Trường hợp nguy hiểm nhất, ngắn mạch có thể dẫn đến mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ. Các dạng ngắn mạch thường gặp trong HTĐ: Ngắn mạch ba pha chiếm khoảng 5% Ngắn mạch hai pha chiếm khoảng 10% Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm khoảng 20% Ngắn mạch một pha chiếm khoảng 65% Phân loại hư hỏng theo thiết bị trong HTĐ, với tỷ lệ hư hỏng: Đường dây tải điện trên không chiếm khoảng 50% Đường dây cáp chiếm khoảng 10% Máy cắt điện chiếm khoảng 15% Máy biến áp chiếm khoảng 12% Máy biến dòng điện, biến điện áp chiếm khoảng 2% Thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ chiếm khoảng 3% Các loại khác chiếm khoảng 8% Ngoài các loại ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường. Phổ biến nhất là hiện tượng quá tải, lúc đó dòng điện tải tăng, làm tăng nhiệt độ của các phần dẫn điện. Nếu tình trạng quá tải kéo dài, làm cho thiết bị điện bị phát nóng quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng dẫn đến các sự cố nguy hiểm như ngắn mạch. Chính vì vậy mà trong khi tính toán thiết kế và vận hành 1
HTĐ, người ta cũng rất phải quan tâm đến các tình trạng làm việc không bình thường, vì nó chính là các nguyên nhân dẫn đến các sự cố nguy hiểm. Do đó, nhiệm vụ của các thiết bị bảo vệ rơle là phát hiện và nhanh chóng loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố. Ngoài ra, thiết bị bảo vệ còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong HTĐ. Tuỳ mức độ quan trọng của thiết bị điện mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt điện. Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các HTĐ hiện đại là các rơle. 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 hóa HTĐ, thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống. 1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE 1.2.1 Tính tin cậy Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn. Cần phân biệt hai khái niệm sau: Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống bảo vệ rơle sẽ tác động đúng. Nói cách khác, độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ. Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ không làm việc sai. Nói cách khác, độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định. Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể được kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán thực nghiệm, còn độ tin cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của bảo vệ không thể lường trước được. Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng trong hệ thống bảo vệ. Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng (95  99)%. 1.2.2 Tính chọn lọc Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện. Xét ví dụ đối với mạng điện cho ở Hình vẽ 1-1. Khi ngắn mạch tại điểm N1 trên đường dây BC, để đảm bảo tính chọn lọc thì bảo vệ phải cắt máy cắt 5 ở đầu đường dây bị hư hỏng BC. Như vậy tất cả các hộ tiêu thụ điện (trừ những hộ nối vào thanh góp C) sẽ tiếp tục làm việc bình thường sau khi máy cắt 5. 2
Hình vẽ 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle Khi ngắn mạch tại điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc thì bảo vệ cần phải cắt các máy cắt 1 và 2 ở hai đầu đường dây bị hư hỏng và việc cung cấp điện cho trạm B vẫn được duy trì. Theo nguyên lý làm việc, tính chọn lọc của các bảo vệ được phân ra: Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện hoặc máy biến áp (MBA)). Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận (ở ví dụ trên: Bảo vệ 5 có thể làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ 6). Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có tính chọn lọc tương đối, cần phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế đến mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện. 1.2.3 Tính tác động nhanh Tính tác động nhanh của bảo vệ rơle là yêu cầu quan trọng vì việc cách ly càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch, sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn và càng nâng cao khả năng duy trì ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ HTĐ. Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc, để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền. Vì vậy yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tuỳ thuộc vào những điều kiện cụ thể của HTĐ và tình trạng làm việc của phần tử được bảo vệ trong HTĐ. Bảo vệ rơle được gọi là tác động nhanh (có tốc độ cao) nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dòng điện tần số 50Hz). Bảo vệ rơle được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơle. Hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle hoặc bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms. Thời gian cắt sự cố tC gồm hai thành phần: thời gian tác động của bảo vệ tBV và thời gian tác động của máy cắt tMC : t C  t BV  t MC Với HTĐ hiện đại, yêu cầu thời gian loại trừ sự cố rất nhỏ, để đảm bảo tính ổn định. Đối với các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại tMC = (20  60)ms (từ 1  3 chu kỳ 50Hz). Những máy cắt thông thường có tMC ≤ 5 chu kỳ (khoảng 100ms ở 50Hz). Vậy thời gian loại trừ sự cố tC khoảng từ 2  8 chu kỳ ở tần số 50Hz (khoảng 40160ms) đối với bảo vệ tác động nhanh. 3
Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,21,5) giây, bảo vệ dự phòng khoảng (1,52,0) giây. 1.2.4 Độ nhạy Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ. Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, nghĩa là rơle tác động càng nhạy. Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ (mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ), dạng ngắn mạch (ba pha, một pha, …), vị trí của điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn), . . . Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,52,0 còn đối với bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,21,5. 1.2.5 Tính kinh tế Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong HTĐ không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường, mà ở chế độ luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố có thể xảy ra để có những tác động chuẩn xác. Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị của công trình. Vì vậy yêu cầu về kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu không thoả mãn được các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện. Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và chi phí thấp nhất. Năm yêu cầu trên trong nhiều trường hợp mâu thuẫn nhau, ví dụ muốn có được tính chọn lọc và độ nhạy cao cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp, bảo vệ càng phức tạp, càng khó thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy; hoặc những yêu cầu cao về kỹ thuật sẽ làm tăng chi phí cho thiết bị bảo vệ. Vì vậy trong thực tế cần dung hòa ở mức tốt nhất các yêu cầu trên trong quá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ cũng như tổ hợp toàn bộ các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động trong hệ thống điện. 1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE Trong trường hợp tổng quát gồm, một hệ thống bảo vệ rơle được mô tả trong Hình vẽ 1-2, bao gồm các bộ phận chính như sau: 4