Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 3: Bảo vệ dòng có hướng

21

Chương3: BẢO VỆ DÒNG CÓ HƯỚNG

I. Nguyên tắc tác động:

Hình 3.1 : Mạng hở có nguồn cung cấp 2 phía.

Để đảm bảo cắt chọn lọc hư

hỏng trong mạng hở có một vài

nguồn cung cấp, cũng như trong

mạng vòng có một nguồn cung cấp từ

khoảng năm 1910 người ta bắt đầu

dùng bảo vệ dòng có hướng.

Bảo vệ dòng điện có hướng

là loại bảo vệ phản ứng theo giá trị

dòng điện tại chỗ nối bảo vệ và góc

pha giữa dòng điện đó với điện áp

trên thanh góp của trạm có đặt bảo

vệ. Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện

vượt quá giá trị định trước (dòng

khởi động I_KĐ) và góc pha phù hợp

với trường hợp ngắn mạch trên

đường dây được bảo vệ.

Hình 3.2 : Mạng vòng có 1 nguồn

cung cấp

II. Sơ đồ BV dòng có hướng:

Trường hợp tổng quát, bảo vệ dòng điện có hướng gồm 3 bộ phận chính: khởi động,

định hướng công suất và tạo thời gian (hình 3.3). Bộ phận định hướng công suất của bảo

vệ được cung cấp từ máy biến dòng (BI) và máy biến điện áp (BU). Để bảo vệ tác động đi

cắt, tất cả các bộ phận của bảo vệ cần phải tác động.

Bằng việc khảo sát sự làm việc của rơle định hướng công suất khi hư hỏng trong và

ngoài vùng bảo vệ ta sẽ rút ra được những tính chất mới của bảo vệ dòng có thêm rơle định

hướng công suất.

Khi ngắn mạch trên đoạn AB (tại điểm N’ gần thanh góp B, hình 3.2) trong vùng tác

động của bảo vệ 2, đồ thị véctơ các dòng điện I’_N, I”_Nvà I_N= I’_N+I”_Nnhư trên hình 3.4a.

22

Các dòng điện này chậm sau sức điện động E_pcủa nguồn cung cấp một góc ϕ_HTvà chúng

tạo nên một góc ϕ_Dso với áp dư U_pBtrên thanh góp trạm B. Khi ngắn mạch trên đoạn BC

gần thanh góp B (điểm N”, hình 3.2), đồ thị véctơ các dòng điện đó thực tế vẫn giống như

đối với điểm N’ (hình 3.4b). Ap dư U_pBkhông thay đổi về góc pha. Nếu chọn dòng I_R2của

bảo vệ 2 có hướng từ thanh góp B vào đường dây AB (hình 3.2) và lấy U_R2= U_PBthì có

thể xác định được quan hệ góc pha giữa I_R2và U_R2khi ngắn mạch ở điểm N’ và N”.

Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ dòng có hướng.

Lấy véctơ điện áp U_R2làm gốc để xác định góc pha của I_R2. Góc lệch pha được coi là

dương khi dòng chậm sau áp và âm khi vượt trước.

Khi ngắn mạch ở N’, công suất ngắn mạch hướng từ thanh góp B vào đường dây

AB, lúc ấy I’_R2= I’_Nvà ϕ‘_R2= góc (U_R2,I_R2) = ϕ_D. Khi ngắn mạch ở N” công suất ngắn

mạch hướng từ đường dây AB đến thanh góp B, I”_R2= - I”_Nvà ϕ“_R2= ϕ_D- 180⁰. Như vậy

khi dịch chuyển điểm hư hỏng từ vùng được bảo vệ ra vùng không được bảo vệ, góc pha

của I_R2đặt vào rơle của bảo vệ 2 so với U_R2đã thay đổi 180⁰(giống như sự đổi hướng của

công suất ngắn mạch). Nối rơle định hướng công suất thế nào để nó khởi động khi nhận

được góc ϕ‘_R2(công suất ngắn mạch hướng từ thanh góp vào đường dây) và không khởi

động khi nhận được góc ϕ‘’_R2khác với ϕ‘_R2một góc 180⁰(công suất ngắn mạch hướng từ

đường dây vào thanh góp) và như vậy ta có thể thực hiện được bảo vệ có hướng.

Hình 3.4 : Đồ thị vectơ áp và dòng khi hướng công suất NM

đi từ thanh góp vào đường dây (a) và từ đường dây vào thanh góp (b)

23

III. Thời gian làm việc:

Bảo vệ dòng có hướng thường được thực hiện với đặc tính thời gian độc lập, thời

gian làm việc của các bảo vệ được xác định theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều

nhau. Tất cả các bảo vệ của mạng được chia thành 2 nhóm theo hướng tác động của bộ

phận định hướng công suất. Thời gian làm việc của mỗi nhóm được chọn theo nguyên tắc

bậc thang như đã xét đối với bảo vệ dòng cực đại.

Xét ví dụ về nguyên tắc chọn thời gian làm việc của các bảo vệ trong mạng hở có

nguồn cung cấp 2 phía (hình 3.5a).

Hình 3.5 : Đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ dòng có hướng

Bộ phận định hướng công suất chỉ làm việc khi hướng công suất ngắn mạch đi từ

thanh góp vào đường dây được bảo vệ (quy ước vẽ bằng mũi tên ở bảo vệ). Các bảo vệ

được chia thành 2 nhóm : 2, 4, 6, và 5, 3, 1.

Mỗi nhóm bảo vệ có thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang không

phụ thuộc vào thời gian làm việc của nhóm kia. Trên hình 3.5b là đặc tính thời gian của

các bảo vệ được chọn theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau.

Tương tự cũng có thể chọn thời gian làm việc của bảo vệ dòng cực đại có hướng cho

mạng vòng có một nguồn cung cấp (hình 3.2). Điểm khác biệt là thời gian làm việc của

bảo vệ 2 và 5 có thể chọn ≈ 0.

IV. Hiện tượng khởi động không đồng thời:

Khi ngắn mạch, ví dụ ở đoạn AB rất gần thanh góp trạm A (điểm N’’’ - hình 3.2),

hầu như toàn bộ dòng ngắn mạch đều hướng đến điểm ngắn mạch qua máy cắt 1, còn phần

dòng chạy theo mạch vòng ngang qua máy cắt 6 rất bé (gần bằng 0). Kết quả là bảo vệ 2 sẽ

không tác động được vào thời điểm đầu của ngắn mạch (dù rằng nó có thời gian làm việc

bé nhất). Bảo vệ 1 của đường dây AB sẽ tác động trước cắt máy cắt 1, lúc ấy bảo vệ 2 mới

có thể làm việc.

Hiện tượng 1 trong 2 bảo vệ ở hai phía của một đường dây chỉ có thể bắt đầu làm

việc sau khi bảo vệ kia đã tác động và cắt máy cắt của mình được gọi là hiện tượng khởi

động không đồng thời của các bảo vệ.

24

Phần chiều dài của đường dây được bảo vệ mà khi ngắn mạch trong đó sẽ xảy ra hiện

tượng khởi động không đồng thời được gọi là vùng khởi động không đồng thời. Khởi

động không đồng thời các bảo vệ là hiện tượng không tốt vì làm tăng thời gian loại trừ hư

hỏng ở các mạng vòng.

V. Dòng khởi động của bảo vệ:

V.1. Chỉnh định khỏi dòng quá độ sau khi cắt ngắn mạch ngoài:

k_at.k_mm

I_KĐ

≥

⋅I_lvmax

k_tv

Trong đó: I_lvmaxlà dòng làm việc cực đại đi qua bảo vệ theo hướng phù hợp với hướng tác

động của bộ phận định hướng công suất.

Một số bảo vệ dòng có hướng có thể không có bộ phận định hướng công suất (sẽ xét

đến ở mục VI). Khi chọn dòng khởi động của các bảo vệ đó phải lấy I_lvmaxkhông kể đến

dấu của công suất phụ tải đi ngang qua bảo vệ. Chính vì vậy trong một số trường hợp để

nâng cao độ nhạy của các bảo vệ, người ta vẫn đặt bộ phận định hướng công suất mặc dù

về mặt thời gian để đảm bảo chọn lọc bảo vệ không cần phải có bộ phận này.

V.2. Chỉnh định khỏi dòng phụ tải:

Mạch điện áp của bảo vệ được cung cấp từ các BU có khả năng bị hư hỏng trong quá

trình vận hành. Trị số và góc pha của điện áp U_Rđặt vào rơle khi đó thay đổi và rơle định

hướng công suất có thể xác định hướng không đúng. Để bảo vệ không tác động nhầm,

dòng khởi động của bảo vệ cần chọn lớn hơn dòng phụ tải I_lvcủa đường dây được bảo vệ

không phụ thuộc vào chiều của nó :

k_at

k_tv

I_KĐ

≥

⋅ I_lv

Trong một số trường hợp dòng khởi động chọn theo điều kiện này có thể lớn hơn

theo điều kiện (a). Chẳng hạn như đối với bảo vệ 2 của đoạn gần nguồn trong mạng vòng

(hình 3.2), công suất phụ tải luôn luôn hướng từ đường dây vào thanh góp, nếu không quan

tâm đến hư hỏng trong mạch điện áp có thể chọn I_KĐ< I_lv. Để tăng độ nhạy của bảo vệ

trong những trường hợp như vậy đôi khi cho phép chọn I_KĐtheo dòng phụ tải bình thường

chứ không phải theo dòng làm việc cực đại với giả thiết là không hư hỏng mạch điện áp

vào lúc phụ tải cực đại.

V.3. Chỉnh định khỏi dòng các pha không hư hỏng:

Đối với một số dạng hư hỏng, ví dụ N⁽¹⁾trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp,

dòng các pha không hư hỏng bao gồm dòng phụ tải và dòng hư hỏng. Dòng này có thể rất

lớn, rơle định hướng công suất nối vào dòng pha không hư hỏng có thể xác định không

đúng dấu công suất ngắn mạch. Vì vậy dòng khởi động bảo vệ cần chọn lớn hơn giá trị

cực đại của dòng các pha không hư hỏng.

Để tránh tác động nhầm người ta cũng có thể thực hiện sơ đồ tự động khóa bảo vệ

khi trong mạng xuất hiện dòng thứ tự không. Để chống ngắn mạch chạm đất người ta dùng

bảo vệ có hướng thứ tự không đặc biệt.

25

V.4. Phối hợp độ nhạy của bảo vệ các đoạn kề nhau:

Để phối hợp về độ nhạy giữa các bảo vệ cần chọn dòng khởi động của bảo vệ sau

(thứ n - gần nguồn hơn) lớn hơn dòng cực đại đi qua nó khi ngắn mạch trong vùng tác

động của bảo vệ trước (thứ n-1) kèm theo dòng ngắn mạch I_N= I_KĐn-1, với I_KĐn-1là dòng

khởi động của bảo vệ thứ n-1. Việc phối hợp được thực hiện đối với các bảo vệ tác động

theo cùng một hướng.

Đối với mạng vòng (hình 3.2) không thực hiện điều kiện này có thể làm cho bảo vệ

tác động không đúng khi cắt hư hỏng không đồng thời. Trong mạng vòng có một nguồn

cung cấp việc phối hợp về độ nhạy thực tế dẫn đến điều kiện chọn:

I_KĐn≥ k_at.I_KĐn-1

Hệ số an toàn k_atkể đến sai số của BI và rơle dòng cũng như kể đến ảnh hưởng của

dòng phụ tải ở các trạm trung gian.

VI. Chỗ cần đặt bảo vệ có bộ phận định hướng công

suất:

Khi chọn thời gian làm việc của bảo vệ dòng có hướng, chúng ta đã giả thiết tất cả

các bảo vệ đều có bộ phận định hướng công suất. Tuy nhiên trong thực tế chúng chỉ cần

thiết khi tính chọn lọc không thể đảm bảo được bằng cách chọn thời gian làm việc. Hay nói

cách khác, bảo vệ sẽ không cần phải có bộ phận định hướng công suất nếu thời gian làm

việc của nó lớn hơn thời gian làm việc của bảo vệ tất cả các phần tử khác trong trạm.

Ví dụ như khảo sát tác động của các bảo vệ trên hình 3.5 ta thấy rằng bảo vệ 6 có thể

không cần bộ phận định hướng công suất, vì tính chọn lọc tác động của nó khi ngắn mạch

ở các phần tử khác của trạm D được đảm bảo bằng thời gian làm việc t₆> t_D. Cũng có thể

thấy rằng bảo vệ 5 đặt ở đầu kia của đường dây CD có thời gian t₅< t₆và cần phải có bộ

phận định hướng công suất. Như vậy ở mỗi một đường dây của mạng chỉ cần đặt bộ phận

định hướng công suất cho bảo vệ ở đầu có thời gian làm việc bé hơn. Khi thời gian làm

việc của cả 2 bảo vệ của một đường dây bằng nhau thì cả 2 không cần đặt bộ phận định

hướng công suất.

Do vậy trong một số trường hợp, bằng cách tăng thời gian làm việc của các bảo vệ so

với trị số tính toán, có thể không cần đặt bộ phận định hướng công suất ở phần lớn các bảo

vệ của mạng.

VII. Độ nhạy của bảo vệ :

Độ nhạy của bảo vệ dòng cực đại có hướng được quyết định bởi hai bộ phận: khởi

động dòng và định hướng công suất. Độ nhạy về dòng của bảo vệ được tính toán giống

như đối với bảo vệ dòng cực đại.

Điều cần quan tâm đối với bảo vệ dòng có hướng là độ nhạy của bộ phận định hướng

công suất. Khi xảy ra N⁽³⁾ở đầu đường dây được bảo vệ gần chỗ nối bảo vệ, điện áp từ các

BU đưa vào bảo vệ có giá trị gần bằng không. Trong trường hợp này, bảo vệ và rơle định

hướng công suất sẽ không khởi động.

Vì vậy độ nhạy của bộ phận định hướng công suất được đặc trưng bằng vùng chết.

Vùng chết là phần chiều dài đường dây được bảo vệ mà khi ngắn mạch trực tiếp trong đó

bảo vệ sẽ không khởi động do áp đưa vào rơle định hướng công suất bé hơn áp khởi động

tối thiểu U_KĐRmincủa nó.

26

Kinh nghiệm vận hành cho thấy ở mạng điện trên không vùng chết ít xuất hiện hơn

so với ở mạng cáp, vì trong các mạng cáp thường xảy ra N⁽³⁾hơn.

Xét sơ đồ hình 3.6, gọi chiều dài vùng chết là l_x, áp dư tại chỗ đặt bảo vệ khi ngắn

mạch 3 pha tại điểm N (điểm giới hạn của vùng chết) là:

U⁽_d³⁾= 3.I⁽³⁾.Z₁.l_x

trong đó Z₁

: tổng trở thứ tự thuận của 1Km đường dây.

Hình 3.6 : Ngắn mạch 3 pha trực tiếp ở biên giới của vùng chết

Trường hợp bộ phận định hướng dùng rơle điện cơ, để rơle có thể khởi động ở giới

hạn của vùng chết cần có :

U_R.cos(ϕ_R+ α ) = U_KĐRmin

U⁽_d³⁾

n_U

3

n_U

Mặt khác ta có:

U_R=

=

I⁽³⁾.Z₁.l_x

Với ϕ_R: góc giữa U_Rvà I_R

α : góc phụ của rơle, tùy thuộc cấu trúc của rơle

n_U: tỷ số biến đổi của BU

n_U

U_{KÂ Rmin}

Như vậy :

l_x=

.

3Z₁I⁽³⁾.cosϕ_R.α

VIII. Đặc tính của rơle định hướng công suất:

Trong tr.hợp lí tưởng, sự làm việc của rơle định hướng công suất thực hiện theo

nguyên tắc điện cơ (ví dụ, rơle cảm ứng) cũng như theo các nguyên tắc khác (ví dụ, rơle so

sánh trị tuyệt đối các đại lượng điện) được xác định bằng biểu thức:

cos(ϕ_R+ α) ≥ 0

(3.1)

Như vậy phạm vi góc ϕ_Rmà rơle có thể khởi động được là:

90^o≥ (ϕ_R+α) ≥ -90⁰

hay

(90^o- α) ≥ ϕ_R≥ -(90⁰+ α)

(3.2)

27

Hình 3.7 : Đặc tính góc của rơle

định hướng công suất trong mặt

phẳng phức tổng trở

Hình 3.8 : Đặc tính góc của rơle định

hướng công suất trong mặt phẳng phức

tổng trở khi cố định vectơ áp U_R

Đặc tính của rơle theo biểu thức (3.2) được gọi là đặc tính góc, có thể biểu diễn trên

.

mặt phẳng phức tổng trở Z_R= U _R/ I (hình 3.7)

R

Góc ϕ_Rđược tính từ trục thực (+) theo hướng ngược chiều kim đồng hồ. Vectơ dòng

I_Rđược giả thiết là cố định trên trục (+), còn vectơ U_Rvà Z_Rquay đi một góc ϕ_Rso với

vectơ I_R. Trong mặt phẳng phức, đặc tính góc theo biểu thức (3.2) được biểu diễn bằng

đường thẳng đi qua gốc tọa độ nghiêng một góc (90^o- α) so với trục (+). Đường thẳng này

chia mặt phẳng phức thành 2 phần, phần có gạch chéo (hình 3.7) tương ứng với các góc ϕ_R

mà lúc đó rơle định hướng công suất có thể khởi động được.

Biểu diễn đặc tính góc trên mặt phẳng phức tổng trở rất tiện lợi để khảo sát sự làm

việc của rơle định hướng công suất đối với các dạng ngắn mạch khác nhau trong mạng

điện. Trong một số trường hợp, người ta cố định hướng vectơ áp U_R(hình 3.8). Phạm vi

tác động được giới hạn bởi một đường thẳng còn gọi là đường độ nhạy bằng 0 (vì cos(ϕ_R+

α) = 0). Đường thẳng này lệch so với U_Rmột góc (90^o-α) theo chiều kim đồng hồ. Đường

độ nhạy cực đại (tương ứng với cos(ϕ_R+ α) = 1) thẳng góc với đường độ nhạy bằng 0 và

lệch so với U_Rmột góc α ngược chiều kim đồng hồ, góc tương ứng với nó ϕ_R= ϕ_{Rn max}= -

α được gọi là góc độ nhạy cực đại.

IX. NỐI RƠLE ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT VÀO

DÒNG PHA VÀ ÁP DÂY THEO SƠ ĐỒ 90^O:

28

Bảng 3.1:

STT của rơle

I_R

U_R

1

2

3

I_a

I_b

I_c

U_bc

U_ca

U_ab

Hình 3.9 : Đồ thị véctơ áp và dòng khi nối

rơle định hướng công suất theo sơ đồ 90⁰

Hình 3.10 : Ngắn mạch trên

đường dây

Trong sơ đồ này (bảng 3.1 và hình 3.9), đưa đến các đầu cực rơle là dòng một pha (ví

dụ đối với rơle số 1, dòng I_R= I_a) và áp giữa hai pha khác (tương ứng U_R= U_bc) chậm sau

dòng pha đó một góc 90⁰với giả thiết là dòng (I_a) trùng pha với áp pha cùng tên (U_a). Qua

khảo sát cho thấy rằng, để sơ đồ làm việc đúng đắn cần có góc lệch của rơle α ≈ 30⁰÷ 45⁰,

do đó rơle sẽ phản ứng với cos[ϕ_R+ (30÷45⁰)]. Việc kiểm tra hoạt động của sơ đồ đối với

các dạng ngắn mạch khác nhau có thể thực hiện bằng cách cho vị trí của véctơ U_Rcố định

và véctơ dòng I_Rxoay quanh nó. Đường độ nhạy bằng 0 lúc đó lệch so với véctơ điện áp

U_Rmột góc 90⁰- α (về phía chậm sau), còn đường độ nhạy cực đại vượt trước U_Rmột góc

α.

IX.1. Ngắn mạch 3 pha đối xứng:

Tất cả các rơle của sơ đồ đều làm việc trong những điều kiện giống nhau. Vì vậy ta

chỉ khảo sát sự làm việc của một rơle (rơle số 1) có I_1R= I_a⁽³⁾và U_1R= U_bc⁽³⁾. Đồ thị véctơ

áp U_bc⁽³⁾ở chỗ nối rơle và véctơ dòng I_a⁽³⁾như trên hình 3.11a. Đường độ nhạy bằng 0 lệch

(3)

với điện áp U_bcmột góc 90⁰- 45⁰= 45⁰(giả thiết rơle có góc α = 45^o). Góc ϕ_Ngiữa

I_a⁽³⁾và U_a⁽³⁾được xác định bằng tổng trở thứ tự thuận một pha của phần đường dây trước

điểm ngắn mạch N và điện trở quá độ r_qđở chỗ hư hỏng (hình 3.10).

(3)

Giá trị ϕ_Nnằm trong phạm vi 0 ≤ ϕ_N≤ 90⁰. Từ đồ thị hình 3.11a ta thấy ở các

giá trị ϕ_N⁽³⁾bất kỳ trong phạm vi trên, rơle sẽ làm việc đúng nếu U_bc⁽³⁾có giá trị đủ để rơle

làm việc. Khi góc ϕ_N= 45⁰hướng véctơ dòng điện trùng với đường độ nhạy cực đại và

(3)

do đó sơ đồ sẽ làm việc ở điều kiện thuận lợi nhất. Khi chọn α = 0 sơ đồ có thể không tác

động khi ngắn mạch ở đầu đường dây qua điện trở quá độ r_qđ.

29

Hình 3.11 : Đồ thị véctơ áp và dòng

ở chỗ nối rơle đối với các

dạng ngắn mạch khác nhau

a) Ngắn mạch 3 pha

b) Ngắn mạch 2 pha B,C

c)Ngắn mạch pha A chạm đất

IX.2. Ngắn mạch giữa 2 pha:

Điều kiện làm việc của các rơle nối vào dòng các pha hư hỏng là không giống nhau.

Vì vậy, chẳng hạn như khi ngắn mạch giữa hai pha B, C cần xét đến sự làm việc của rơle

(2)

số 2 có I_2R= I_bvà U_2R= U_ca⁽²⁾cũng như của rơle số 3 có I_3R= I_c⁽²⁾và U_3R= U_ab⁽²⁾. Vấn

đề cũng trở nên phức tạp hơn so với N⁽³⁾do góc pha giữa U_Rvà I_Rthay đổi khi dịch

chuyển điểm ngắn mạch N dọc theo đường dây. Trên hình 3.11b là đồ thị véctơ áp và dòng

đối với trường hợp điểm ngắn mạch N nằm ở khoảng giữa đường dây (hình 3.10). Các

đường độ nhạy bằng 0 lệch với các áp U_ca⁽²⁾,U_ab⁽²⁾một góc 45⁰. Vị trí véctơ dòng I_b⁽²⁾lệch

(2)

với sức điện động E_bcmột góc ϕ_N⁽²⁾. Góc ϕ_Nđược xác định bằng tổng trở từ nguồn sức

điện động đến chỗ ngắn mạch kể cả r_qđ; trị số của nó có thể thay đổi trong phạm vi 0 ≤

ϕ_N⁽²⁾≤ 90⁰. Từ đồ thị ta thấy, trị số của điện áp U_2Rvà U_3Rluôn luôn lớn và cả hai rơle (số

2 và 3) đều làm việc đúng đắn ở giá trị ϕ_N⁽²⁾bất kỳ.

IX.3. Ngắn mạch một pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp:

Ta khảo sát sự làm việc của rơle nối vào dòng pha hư hỏng (rơle số 1 khi ngắn mạch

(1)

pha A). Đường độ nhạy bằng 0 lệch 45⁰so với véctơ áp giữa 2 pha không hư hỏng U_bc

(hình 3.11c). Góc ϕ_Ngiữa sức điện động E_avà dòng I_a⁽¹⁾có thể thay đổi trong phạm vi

(1)

0≤ϕ_N⁽¹⁾≤ 90⁰. Qua đồ thị ta thấy, rơle nối vào dòng pha hư hỏng luôn luôn làm việc đúng.

Từ những phân tích trên có thể rút ra kết luận như sau đối với sơ đồ 90⁰:

1) Sơ đồ có thể xác định đúng hướng công suất ngắn mạch trong các pha bị hư hỏng

đối với tất cả các dạng hư hỏng cơ bản. Để được như vậy rơle định hướng công suất cần

phải có góc lệch α ≈45⁰.

30

2) Vùng chết chỉ có thể xảy ra khi ngắn mạch 3 pha gần chỗ nối bảo vệ (U_Rgần

bằng không).

3) Khi N⁽²⁾và N⁽¹⁾, các rơle nối vào dòng pha không hư hỏng có thể làm việc không

đúng do tác dụng của dòng phụ tải và dòng hư hỏng trong các pha này. Vì vậy cần phải

làm thế nào để sơ đồ vẫn làm việc đúng dù cho có một vài rơle tác động nhầm do dòng các

pha không hư hỏng.

Cũng có một số sơ đồ khác để nối rơ le định hướng công suất như sơ đồ 30⁰(ví dụ,

I_R= I_avà U_R= U_ab), hoặc sơ đồ 60⁰(ví dụ, I_R= I_avà U_R= -U_b). Tuy nhiên các sơ đồ này có

một số nhược điểm so với sơ đồ 90⁰, do vậy sơ đồ 90⁰được sử dụng rộng rãi hơn.

X. Bảo vệ dòng cắt nhanh có hướng:

Bảo vệ dòng cắt nhanh có hướng là

bảo vệ có hướng không thời gian mà tính

chọn lọc tác động đạt được bằng cách

chọn dòng khởi động I_KĐlớn hơn giá trị

cực đại của dòng ngắn mạch ngoài I_Nngmax

đi theo hướng tác động của bộ phận định

hướng công suất nếu như điều kiện chỉnh

định theo dòng điện khi dao động (đối với

bảo vệ cắt nhanh nối vào dòng pha toàn

phần) không phải là điều kiện tính toán .

Hình 3.21 : Đồ thị tính toán

bảo vệ dòng cắt nhanh có hướng

Trên hình 3.21 là đồ thị biểu diễn sự thay đổi của giá trị dòng điện trên đường dây

AB có 2 nguồn cung cấp khi dịch chuyển điểm ngắn mạch dọc theo đường dây. Dòng khởi

động của bảo vệ cắt nhanh không có hướng đối với đường dây này được chọn lớn hơn giá

trị lớn nhất của các dòng ngắn mạch ngoài, đối với trường hợp như trên hình 3.21 thì

I_KĐ=k_at.I_NngmaxA. Như vậy nối bảo vệ cắt nhanh về phía trạm B là không có ý nghĩa vì I_KĐ

luôn luôn lớn hơn dòng ngắn mạch đi qua bảo vệ đặt phía trạm B.

Nếu ta đưa thêm bộ phận định hướng công suất vào bảo vệ cắt nhanh ở trạm B, thì có

thể chọn dòng khởi động của nó không kể đến dòng I_NngmaxA. Dòng khởi động của bảo vệ B

sẽ nhỏ hơn so với trường hợp dùng bảo vệ cắt nhanh không hướng nêu trên và bằng I_{KĐ B}

=

k_at.I_NngmaxB. Trong trường hợp này bảo vệ cắt nhanh về phía trạm B sẽ có thể bảo vệ được

phần lớn đường dây AB.

XI. Đánh giá và phạm vi ứng dụng của Bảo vệ dòng có

hướng:

XI.1. Tính chọn lọc:

Tính chọn lọc tác động của bảo vệ đạt được nhờ chọn thời gian làm việc theo nguyên

tắc bậc thang ngược chiều nhau và dùng các bộ phận định hướng công suất.

Tính chọn lọc được đảm bảo trong các mạng vòng có một nguồn cung cấp khi không

có những đường chéo không qua nguồn (hình 3.22a,b) và trong các mạng hình tia có số

nguồn cung cấp tùy ý (hình 3.22c).

31

Hình 3.22 : Các sơ đồ mạng mà

Bảo vệ dòng có hướng đảm bảo

cắt chọn lọc khi ngắn mạch

Trong các mạng vòng có số nguồn cung cấp lớn hơn một (hình 3.23a), tính chọn lọc

không thể đảm bảo vì không thể chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang. Bảo vệ

cũng không đảm bảo chọn lọc trong các mạng vòng có một nguồn cung cấp có đường chéo

không đi qua nguồn (hình 3.23b), trường hợp này phần mạng giới hạn bởi đường chéo có

thể xem như có hai nguồn cung cấp.

XI.2. Tác động nhanh:

Giống như bảo vệ dòng cực đại (chương 2), trong đa số trường hợp bảo vệ có thời

gian làm việc lớn.

Hình 3.23 : Các sơ đồ mạng mà Bảo vệ dòng có hướng

không đảm bảo cắt chọn lọc khi ngắn mạch

XI.3. Độ nhạy:

Độ nhạy của bảo vệ bị giới hạn bởi dòng khởi động của bộ phận khởi động. Trong

các mạng hở có 2 hay nhiều nguồn cung cấp, ở một số chế độ ví dụ như sau khi cắt một

32

trong các nguồn cung cấp có công suất lớn và cưỡng bức kích từ máy phát của các nguồn

còn lại thì dòng phụ tải cực đại có thể đạt tới giá trị lớn. Dòng khởi động được chỉnh định

khỏi dòng phụ tải này thường làm cho bảo vệ hoàn toàn không đủ độ nhạy. Để tăng độ

nhạy đôi khi người ta dùng những bộ phận khởi động liên hợp dòng và áp.

Từ những nhận xét trên ta thấy rằng bảo vệ dòng có hướng có thể sử dụng làm bảo

vệ chính trong các mạng phân phối điện áp dưới 35kV khi nó đảm bảo được tính chọn lọc

và tác động nhanh.

Bảo vệ dòng có hướng cũng được sử dụng rộng rãi làm bậc dự trữ trong các bảo vệ

có đặc tính thời gian nhiều cấp.