Trong hệ thống cung cấp điện thường được dùng các loại bảo vệ sau:

  • Bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì, loại bảo vệ này được dùng để bảo vệ tình trạng quá tải và làm bảo vệ dự phòng cho các loại bảo vệ khác
  • Bảo vệ cắt nhanh, cũng là một loại bảo vệ dòng điện cực đại nhưng tác động không có thời gian duy trì, loại bảo vệ này được dùng để bảo vệ tình trạng ngắn mạch
  • Bảo vệ so lệch, cũng là một loại bảo vệ dòng điện cực đại không có thời gian duy trì dùng để bảo vệ tình trạng ngắn mạch
  • Báo tín hiệu và bảo vệ tình trạng chạm đất trong mạng có điểm trung tính cách điện

Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu sơ đồ, nguyên lý làm việc và phương pháp chỉnh định cũng như phạn vi ứng dụng của các loại bảo vệ nói trên.

Các loại rơ le, sơ đồ nối rơ le với máy biến dòng và nguồn điện thao tác

Các loại rơ le

Rơle bảo vệ dùng trong hệ thống cung cấp điện có nhiều loại, đảm nhiệm những nhiệm vụ khác nhau.

Theo dòng điện tác động, các rơle được phân thành rơle dòng điện một chiều và rơle dòng điện xoay chiều.

Theo tham số tác động, rơle được phân thành rơle điện áp, rơle dòng điện, rơle công suất, rơle tổng trở v.v…

Theo nguyên lý làm việc, rơle được phân thành rơle điện từ, rơle cảm ứng, rơle bán dẫn.

Theo nguyên tắc tác động, rơle được phân thành rơle tác động trực tiếp và rơle tác động gián tiếp. Rơle tác động trực tiếp được nối trực tiếp vào mạng dòng phụ tải trực tiếp chạy qua rơle hoặc điện áp mạng trực tiếp nối vào rơle. Rơle nhiệt bảo vệ động cơ, rơle quá dòng điện trong áptômál là các loại rơle tác động trực tiếp. Nhược điểm của rơle tác động trực tiếp là tổn thất điện năng trong rơle tương đối lớn, vì thế loại rơle này thường chỉ được dùng ở mạng điện áp thấp và dòng điện phụ tải tương đối bé.

Phần lớn các rơle dùng trong hệ thông cung cấp điện là rơle gián tiếp, chúng được chế tạo để có thể chịu được điện áp lớn nhất là 100 V và dòng điện lớn nhất 5A . Vì vậy các rơle này mắc vào mạng điện áp gián tiếp qua các máy biến dòng và máy biến điện áp.

Sơ đô nối rơlc với mấy biến dòng

Có nhiêu sơ đồ nối rơle dòng điện với máy biến dòng.

Đối với mạng có điểm trung tính cách điện chúng ta có thể dùng một trong bốn sơ đồ nối máy biến dòng với rơle dòng điện như ở hình dưới.

Các sơ đồ nối máy biến dòng với rơ le dòng điện

Phổ biến nhất là dùng sơ đồ nối số 8 vì sơ đồ này số rơle và số máy biến dòng là ít nhất (hình a). Đối với sơ đồ này hệ số sơ đồ ở chế độ đối xứng của mạng được tính như sau:

ksd = IR/IBI = √3

Như vậy dòng điện chạy trong rơle IR lớn hơn dòng điện chạy trong máy biến dòng IBI, do đó tăng được độ nhạy của thiết bị bảo vệ. Nhược điểm của sơ đồ này là độ nhạy của thiết bị bảo vệ rơle khi xảy ra ngắn mạch giữa pha không đặt máy biến dòng với các pha còn lại nhỏ hơn độ nhạy khi ngắn mạch giữa hai pha có đặt máy biến dòng hoặc ngắn mạch ba pha.

Hinh b trình bày sơ đồ nối máy biến dòng theo hình sao không hoàn toàn. Ở chế độ đối xứng của mạng, hệ số sơ đồ được tính như sau:

k= IR/IBI = 1

 

Để phản ánh dòng điện ngắn mạch một pha ở pha không có biến dòng và để tăng độ nhạy của thiết bị bảo vệ người ta đặt thêm một rơle trên dây dẫn về. Dòng điện chạy trong rơle này bằng tổng hai vectơ dòng điện chạy trong hai rơle còn lại (hình c).

Hình d trình bày sơ đồ nối máy biến dòng và rơle theo kiểu hình sao hoàn loàn. Ở ehế độ đối xứng của mạng, hệ số sơ đồ là:

k= IR/IBI = 1

 

Ưu điểm của sơ đồ này là phản ánh đầy đủ mọi trạng thái ngắn mạch đối xứng và không đối xứng của mạng. Nhược điểm của sơ đồ là tốn máy biến dòng và rơle.

Hình e trình bày cách nối các máy biến dòng thành bộ lọc dòng điện thứ tự không. Trong trường hợp này IR = 3I0, trong đó I0 – thành phần dòng điện thứ tự không. Sơ đồ này được dùng để bảo vệ ngắn mạch một pha hoặc hai pha chạm đất.

Nguồn điện thao tác

Nguồn điện thao tác dùng để cung cấp dòng điện cho các mạch bảo vệ rơle mạch điều khiển, mạch tự động hoá và tín hiệu hoá v.v… Nguồn điện thao tác phải đảm bảo cho các rơle, phần tử tự động, bộ phận đóng cắt máy cắt điện làm việc tin cậy ở trạng thái mạng điện vận hành bình thường cũng như khi xảy ra sự cố. Nguồn điện thao tác có thể dùng nguồn một chiều hoặc xoay chiều.

Nguồn một chiều thường sử dụng các bộ ăcquy có điện áp 24 – 220 V. Ưu điểm của nguồn điện thao tác một chiều là không phụ thuộc vào tình trạng làm việc của mạng điện, do đó nó đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ làm việc tin cậy. Nhược điểm của nguồn thao tác một chiều là tăng thêm vốn đầu tư và phải thường xuyên bảo quản các bộ ăcquy.

Nguồn thao tác xoay chiều sử dụng ngay dòng điện và điện áp của mạng động lực thông qua các máy biến dòng và máy biến điện áp. Ưu điểm của nguồn thao tác xoay chiều là vốn đầu tư cho nguồn thao tác tương đối ít. Nhược điểm của nguồn thao tác xoay chiều là phụ thuộc vào tình trạng làm việc của mạng điện. Khi mạng bị sự cố ngắn mạch, điện áp của mạng bị sụt xuống do đó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc tin cậy của thiết bị bảo vệ. Vì thế nguồn thao tác xoay chiều thường được dùng ở những nơi không quan trọng.

Bảo vệ dòng điện cực đại

Bảo vệ dòng điện cực đại làm việc khi dòng điện chạy qua rơle vượt quá giá trị chỉnh định cho trước. Như vậy giá trị dòng điện chỉnh định phải lớn hơn hoặc bằng giá trị dòng điện cực đại có thể có trong mạng. Như vậy dòng điện chỉnh định của rơle được tính như sau:

Dòng điện chỉnh định sơ cấp:

Icd1 = (kdt/ktv) . k.Ilvmax

 

Dòng điện chỉnh định thứ cấp (dòng chạy qua rơle):

Icd2 = (kdt/ktv).(k/kBJ).k.Ilvmax

trong đó:

  • kdt = 1,1 ÷ 1,2 – hệ số dự trữ kể đốn sai số của rơle, tác động không hoàn toàn chính xác;
  • k – hệ số xét tới ảnh hưởng của dòng điện khởi động của động cơ;
  • ktv – hệ số trở về của rơle;
  • kBJ – hệ số biến đổi của biến dòng;
  • Ilvmax – dòng điện làm việc cực đại;
  • k – hệ số sơ đồ, xét tới ảnh hưởng của sơ đồ nối máy biến dòng với rơle.

Bảo vệ dòng điện cực đại có bộ phận duy trì thời gian. Thiết bị bảo vệ chỉ tác động khi dòng điện vượt quá giá trị chỉnh định và tồn tại quá thời gian duy trì đã định trước. Vì vậy bảo vộ dòng điện cực đại thường được dùng để bảo vệ quá tải và làm bảo vệ dự phòng cho các hình thức bảo vệ chống ngắn mạch khác như bảo vệ cắt nhanh, bảo vệ so lệch v.v…

Tuỳ theo hình thức duy trì thời gian mà bảo vệ dòng điện cực đại được chia ra làm hai loại: bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì độc lập; bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì phụ thuộc dòng điện.

Khi trên một tuyến đường dây tải điện có đặt nhiều thiết bị bảo vệ dòng điện cực đại, để đảm bảo tính chọn lọc, người ta chỉnh định thời gian cắt của thiết bị bảo vệ ở càng gần về phía nguồn càng lớn.

Hình dưới trình bày sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì độc lập.

Nếu đường dây cung cấp điện có đặt nhiều cấp bảo vệ dòng điện cực đại thì thời gian cắt của cấp gần nguồn sẽ tương đối lớn, đó là nhược điểm của loại bảo vệ này.

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh nhằm nhanh chóng loại trừ dòng điện ngắn mạch. Vì vậy khác với bảo vệ dòng điện cực đại nói ở trên, bảo vệ dòng điện cắt nhanh được chỉnh định theo dòng điện ngắn mạch lớn nhất ở cuối vùng bảo vệ và thiết bị bảo vệ tác động nhanh không  có thời gian duy trì.

Các dòng điện chỉnh định được tính như sau:

  • Dòng điện chỉnh định sơ cấp

Icđ1=kdtINmax

  • Dòng điện chỉnh định thứ cấp

Icđ2= (kdt.k/kBI) . INmax

Trong đó:

  • kdt = 1,1 ÷ 1,2 – hệ số dự trữ
  • k – hệ số sơ đồ
  • kBI – hệ số biến đổi của biến dòng
  • INmax -dòng điện ngắn mạch lớn nhất ở cuối vùng bảo vệ

Sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì độc lập

Chú ý rằng thiết bị bảo vệ dòng điện cắt nhanh sẽ không làm việc khi xảy ra sự cố ở ngoài vùng bảo vệ của nó, vì thế trong các công thức tính dòng điện chỉnh định không cần xét tới hệ số trở về ktv của rơ le

Hình a trình bày sơ đồ thiết bị bảo vệ dòng điện cắt nhanh dùng sơ đồ nối máy biến dòng theo hình số 8 (cũng có thể dùng sơ đồ nối BI theo hình sao hoặc hình sao không hoàn toàn). Vì để tránh tác động nhầm lẫn nên dòng chỉnh định sơ cấp Icđ1 lấy bằng dòng ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ INmax nhân với hệ số dự trữ kdt, vì vậy có một phần ở cuối vùng bảo vệ (khoảng 20%) không được bảo vệ, vùng này thường được gọi là “vùng chết” (hình b)

Thiết bị bảo vệ dòng điện cắt nhanh có ưu điểm là tác động nhanh nên thường được dùng để bảo vệ cho những bộ phận quan trọng. Nhược điểm cua nó là có “vùng chết” nên nó khômg bảo vệ được toàn bộ vùng cần bảo vệ vì vậy người ta thường đặt thêm các loại bảo vệ khác (như bảo vệ dòng điện cực đại) để làm thiết bị bảo vệ dự trữ cho bảo vệ dòng điện cắt nhanh. Thời gian tác động của bảo vệ dòng điện cắt nhanh hầu như chỉ phụ thuộc vào thời gian tác động của bản thân rơle dòng điện và rơle trung gian. Thời gian tác động của bảo vệ dòng điện cất nhanh thường nằm tronh khoảng 0,04 – 0,6 s

Sơ đồ thiết bị bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Bảo vệ so lệch dọc

Báo vệ so lệch dọc là một loại bảo vệ dòng điện cắt nhanh, nó tác động dựa trên sự chênh lệch về cường độ và pha của dò ng điện ở đâu và cuối vùng bảo vệ. Bảo vệ so lệch dọc thường được dùng để bảo vệ máy biến áp, máy phát điện và động cơ có công suất lớn. Loại bảo vệ này ít được dùng để bảo vệ đưttng đây vì các dây dẫn trong mạch bảo vệ và điều khiển phải kéo quá dài, do đó rất tốn kém.

Sơ đồ thiết bị bảo vệ so lệch dọc dùng bảo vệ cho máy biến áp

Hình trên trình bà y sơ đồ nguyên lý của thiết bị bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp. Vùng được bảo vệ là máy biến áp, máy biến dòng đặt ở hai đầu máy biến áp dùng được phản ánh dòng điện chạy trong vùng bảo vệ. Các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng điện chạy trong rơ le bằng hiệu hai dòng điện chạy trong máy biến dòng:

IB = I1 – I2

Trong trường hợp tải bình thường hoặc ngắn mạch vùng bảo vệ (hình a) ta có I1 = I2 và cù ng pha nên hiệu của chúng bằng không IB = 0, do đó rơ le dòng điện không tác động.

Khi xảy ra ngắn mạch tronh vùnh báo vệ (hình b) do dòng điện trong hai biến dòng ngược chiều nhau nên dònh chạy trong rơle dòng điện bằng tổnh của chúng IB = I1 + I2 > 0 (khi hai phía máv biến áp đều có nguồn) hoặc IB = I1 >0 (khi máy biến áp chỉ có một phía có nguồn). Lúc này rơ le tác động đc cắt máy biến áp ra khỏi nguồn.

So với bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ so lệch dọc có ưu điếm hơn là không có “vùng chết” nhưng sơ đồ phức tạp hơn nhiều. Vì vậy thiết bị bảo vệ so lệch dọc chỉ dùng để bảo vệ các thiết bị quan trọng mà thôi.

Đôi với những đường dây điện áp cao làm việc song song hoặc những máy phát, động cơ có công suất lớn. Người ta còn dùng bảo vệ so lệch ngang. Loại bảo vệ này làm việc dựa trên cơ sở so sánh dòng điện giữa các đường dây làm việc song song với nhau.

Đối với máy biến áp, ngoài các loại bảo vệ kể trên, người ta còn dùng rơle hơi đc bảo vệ quá tải và ngắn mạch của máy biến áp.

Các hình thức bảo vệ Rơ le trong hệ thống cung cấp điện
4 (80%) 2 votes

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !