• Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử.
  • Các sự cố thường kéo theo hiện tượng dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp. Điều này làm rối loạn hoạt động bình thường của hệ thống. Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và hộ tiêu thụ cần nhanh chóng phát hiện sự cố và cách ly nó ra khỏi hệ thống.
  • Thiết bị bảo vệ rơle là loại thiết bị tự động bảo vệ có chức năng thực hiện nhiệm vụ trên.
  • Ngoài ra hệ thống điện còn có thể bị hư hại nghiêm trọng khi bị sét đánh, hệ thống chống sét có nhiệm vụ giảm thiểu các hư hỏng khi có sét đánh vào các phần tử điện.

Bảo vệ relay

Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ rơle

Các bảo vệ rơle cần phải thỏa mãn một số chỉ tiêu kỹ thuật nhất định:

  • Tính nhanh chóng: nhằm cắt nhanh vùng sự cố khỏi hệ thống, giảm thiểu các hư hỏng.
  • Tính lựa chọn: cắt đúng vùng sự cố khỏi hệ thống.
  • Tính đảm bảo: bảo vệ phải tác động khi cần, không tác động sai hoặc tác động không đúng lúc.
  • Độ nhạy: tác động gần với trị số được chỉnh định sẽ hoạt động, trị số tác động càng sát chỉnh định thì độ nhạy càng cao.
  • Độc lập với các điều kiện vận hành: bảo vệ phải hoạt động đúng trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Ngoài ra, hệ thống bảo vệ phải đạt yêu cầu về kinh tế, gọn nhẹ, linh hoạt trong việc thay đổi tính năng…

Theo lịch sử phát triển từ các rơle điện cơ đến rơle điện tử và ngày nay là sự kết hợp với sự điều khiển của máy tính các hệ thống bảo vệ ngày càng được hoàn thiện.

Những bảo vệ chính bằng rơle

  • Bảo vệ dòng điện: tác động trong trường hợp dòng điện của mạch bảo vệ tăng lên do quá tải hay ngắn mạch. 
    • Rơle sẽ tác động khi dòng điện trong mạch tăng quá một giá trị được xác định, gọi là dòng điện khởi động – ký hiệu IkđBv, dòng này phải lớn hơn dòng định mức cũng như dòng phụ tải cực đại của mạch. Như vậy dòng khởi động rơle IkdR = IkđBv/nCT với nCT là tỷ số biến dòng điện.
  • Bảo vệ điện áp: bảo vệ điện áp cực tiểu và cực đại là hai loại rơle bảo vệ điện áp.
  • Bảo vệ điện áp cực tiểu: là bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp điện áp giảm đi do xuất hiện dòng ngắn mạch hay có sự cố. Bảo vệ sẽ tác động khi điện áp của mạch nhỏ hơn điện áp khởi động bảo vệ UkđBv, điện áp này nhỏ hơn điện áp định mức và điện áp nhỏ nhất của mạng. Điện áp khởi động rơle UkdR = UkđBv/nPT với nPT là tỷ số biến điện áp.
  • Bảo vệ điện áp cực đại: là bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp điện áp tăng quá điện áp khởi động của bảo vệ, ít sử dụng chủ yếu ở các nhà máy thủy điện và các đường dây điện áp rất cao.
  • Bảo vệ có hướng: kết hợp với các bảo vệ khác nhằm tăng tính chọn lọc cho các bảo vệ. Hoạt động nhờ xác định độ lệch pha giữa vectơ dòng điện và điện áp.
  • Bảo vệ so lệch: bảo vệ này tác động khi xuất hiện sự sai lệch giữa những giá trị của dòng điện từ hai đầu của vùng được bảo vệ. Ở trạng thái làm việc bình thường, hiệu dòng điện qua hai biến dòng bằng 0, nếu ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ thì hiệu này sẽ khác 0 và rơle sẽ tác động bảo vệ.
  • Bảo vệ khoảng cách: bảo vệ này thực hiện bằng rơle tổng trở, rơle tác động khi tổng trở của mạch bảo vệ được bảo vệ bị giảm. Bình thường tổng trở mạch cao, khi có ngắn mạch thì điện thế giảm trong khi dòng điện lại tăng do đó tỷ lệ Z= U/I giảm một cách đáng kể, khi đó rơle tổng trở sẽ tác động.
  • Bảo vệ bằng rơle nhiệt: khi nhiệt độ tăng cao thường khi có ngắn mạch hay quá tải đối với các phần tử điện, rơle nhiệt sẽ tác động, thường được dùng cho các động cơ điện.
  • Bảo vệ bằng rơle hơi: là rơle thường được trang bị cho các máy biến áp dầu công suất lớn. Rơle này lắp trên đường ống nối giữa máy biến áp và thùng dầu phụ. Khi có sự cố trong máy biến áp thì tốc độ hơi dầu đi qua trong ống nối tăng có thể làm nghiên rơle có thể gây đóng các tiếp điểm đặt trên rơle, nếu nhẹ thì đóng tiếp điểm báo động trường hợp nặng đi tác động cắt máy biến áp.

Hình 1. Bảo vệ máy biến áp bằng rơle hơi

HÌNH-1

Bảng 1. Bảng giới thiệu mã số của một số rơle thông dụng

bảng-1

Chống sét và nối đất

Quá điện áp thiên nhiên và đặc tính của sét

Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu.

Hai tham số quan trọng của dòng điện sét là biên độ Is và độ dốc đầu sóng a. Biên độ Is thường không quá 200-300kA và thường gặp < 100kA. Trong tính toán thiết kế thường chọn mức độ 50 – 100kA và độ dốc chọn a= 30kA/μs.

Quá điện áp khí quyển phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào các vật đặt ngoài trời (đường dây tải điện, thiết bị phân phối…) cũng như khi sét đánh gần các công trình. Quá điện áp khí quyển xảy ra trong thời gian ngắn với điện áp tăng cao làm phá hủy cách điện của thiết bị điện, do đó cần phải thực hiện chống sét cho các công trình nói chung và công trình điện nói riêng.

Để thực hiện chống sét cho một công trình phải thực hiện 6 điểm sau:

  • Đầu thu sét (dây thu sét): đặt trên cao tại những vị trí mong muốn.
  • Dây dẫn dòng sét từ đầu thu sét xuống đất.
  • Tiêu tán năng lượng dòng sét vào đất nhờ hệ thống nối đất.
  • Thực hiện lưới nối đất đẳng thế để loại trừ các chênh lệch điện thế.
  • Bảo vệ thiết bị khỏi sét lan truyền theo đường dây tải điện.
  • Bảo vệ thiết bị khỏi sét lan truyền theo các đường dây tín hiệu.

Sau đây giới thiệu công tác phòng chống sét cho trạm và đường dây tải điện

Bảo vệ sét đánh trực tiếp đối với trạm biến áp

  • Để bảo vệ sét đánh thẳng vào trạm người ta dùng các cột thu lôi cao có đỉnh nhọn bằng kim loại (đôi khi kết hợp với cả dây chống sét) và được nối đến hệ thống nối đất.
  • Phạm vi bảo vệ được phụ thuộc vào chiều cao cột thu sét, số cột thu sét. Sau khi bố trí một số cột thu và chiều cao nhất định, người ta tính toán kiểm tra phạm vi bảo vệ có thể đã bảo vệ hết các thiết bị cần bảo vệ chưa? Nếu chưa, thì có thể đặt thêm các cột bổ sung hoặc nâng cao cột thu sét và tính toán kiểm tra lại.
  • Tuy nhiên sét đánh theo xác suất và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, do vậy rất khó để đảm bảo đã bảo vệ hoàn toàn trạm.

Bảo vệ chống sét đường dây tải điện

  • Trong vận hành, sự cố cắt điện do sét đánh vào đường dây tải điện trên không là khá lớn. Do đó cần thiết phải bảo vệ sét đánh vào đường dây trên không.
  • Để bảo vệ chống sét cho đường dây, có thể treo dây chống sét trên toàn tuyến (khá tốn kém) và thường chỉ dùng cho đường dây 110 – 220kV cột sắt và cột bê tông cốt sắt.
  • Đường dây 35kV thường ít được bảo vệ toàn tuyến, thường dùng kết hợp các biện pháp như: nối đất cột, đặt chống sét ống tại một số cột, tăng thêm bát sứ ở những nơi cách điện yếu ở những cốt vượt cao. Tùy theo cách bố trí dây dẫn trên cột có thể treo một hay hai dây chống sét. Các dây chống sét được treo bên trên đường dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của dây chống sét.

Bảo vệ chống sét lan truyền theo đường dây vào trạm

Để bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp tránh sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét. Các thiết bị chống sét này sẽ hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần được bảo vệ. Thiết bị chống sét lan truyền cho trạm chủ yếu là chống sét van (CSV), chống sét ống (CSO) và khe hở phóng điện.

  • Khe hở phóng điện: là thiết bị chống sét đơn giản nhất, gồm có hai điện cực: một điện cực nối với mạch điện, còn điện cực kia nối đất.
  • Chống sét ống: khe hở phóng điện được đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí, khi xảy ra phóng điện hồ quang sinh ra làm nóng ống, ống sinh ra nhiều khí làm tăng áp suất trong ống và thổi tắt hồ quang.
  • Chống sét van: gồm có hay không khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến. Khi có quá điện áp chọc thủng các khe hở không khí và đi qua điện trở phi tuyến xuống đất.

Để bảo vệ sét lan theo đường dây thường kết hợp đặt chống sét ống cho đoạn dây gần vào trạm và chống sét van ngay trước máy biến áp.

Nối đất cho trạm và đường dây

Để chống sét đạt hiệu quả cao thì hệ thống nối đất cho trạm và đường dây phải đạt một số điều kiện nhất định như:

  • Đối với trạm có trung tính nối đất trực tiếp điện áp từ 110kV trở lên thì Rđ ≤ 0,5Ω.
  • Đối với trạm có trung tính cách điện, điện áp dưới 110kV thì Rđ ≤ 4Ω.
  • Đối với trạm có bé thì Rđ ≤ 10Ω.

Bạn có muốn nhận thêm bộ tài liệu: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC?
Tải ngay