Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 3: Các thiết bị bảo vệ quá dòng trên lưới phân phối

 hồ quang được dập tắt hoàn toàn ở tất cả các cực. Nó bao gồm thời gian cắt của máy cắt và thời gian cháy hồ quang.
Dòng điện đóng định mức :
Đây là giá trị xung kích lớn nhất của dòng điện ngắn mạch mà máy cắt có thể đóng một cách thành công mà tiếp điểm của nó không bị hư hỏng, sau đó máy cắt trở lại hoạt động một cách bình thường. Dòng điện này được xác định hoặc bằng giá trị của dòng điện xung kích ở chu kỳ sau khi xảy ra ngắn mạch.
Thời gian đóng :
Là thời gian từ khi đưa tín hiệu đóng máy cắt cho đến khi tất cả các tiếp điểm chính 3 pha của máy cắt đóng lại hoàn toàn.
CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY CẮT :
Máy cắt là khí cụ điện hết sức quan trọng trong hệ thống điện cao áp, ở các chế độ sự cố nó phải đảm bảo tác động tin cậy và chính xác. Chỉ cần một lần máy cắt không tác động, dòng điện sự cố sẽ lan truyền vào trong hệ thống, dẫn đến sự phá huỷ nặng nề và tổn thất vất chất lớn và làm cho việc cung cấp điện bị gián đoạn trong thời gian dài. 
Do đó yêu cầu cơ bản đối với máy cắt cao áp chính là độ tin cậy đặc biệt cao của chúng trong tất cả các chế độ vận hành có thể có. Khi máy cắt cắt mạch điện ở phụ tải bất kỳ, không để cho quá điện áp trong mạch điện,
Trong chế độ ngắn mạch, đối với hệ thống là chế độ nặng nề nhất, máy cắt phải cắt mạch trong thời gian ngắn nhất.
Máy cắt phải cho phép số lần đóng ngắt dòng điện ngắn mạch lớn nhất mà không cần kiểm tra và sửa chữa. 
 - - - - -//- - - - -
§3-4 RELAY
Giới thiệu : 
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.
Trong phần lớn trường hợp, các sự cố làm cho dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm khá thấp.
Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng khi điện áp bị giảm thấp, các phụ tải không thể làm việc bình thường và làm cho hệ thống mất ổn định.
	Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và cung cấp điện cho phụ tải liên tục khi xuất hiện sự cố cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó khỏi phần tử không bị hư hỏng, giảm được hư hại của phần tử sự cố, chỉ có thiết bị tự động bảo vệ mới có thể thực hiện tốt được yêu cầu trên đó chính là hệ thống relay bảo vệ.
Các yêu cầu cơ bản đối với Relay bảo vệ : 
Tính chọn lọc :
Khả năng của relay bảo vệ chỉ cắt phần tử bị hư hỏng khi ngắn mạch được gọi là tính chọn lọc, nếu relay bảo vệ tác động không chọn lọc thì sự cố có thể lan rộng.
Tác động nhanh :
Tác động nhanh của relay bảo vệ là yêu cầu quan trọng khi có ngắn mạch xảy ra, bảo vệ tác động càng nhanh thì : 
Bảo đảm tính ổn định của hệ thống, giảm ảnh hưởng của điện áp thấp lên các phụ tải.
Giảm tác hại dòng điện ngắn mạch lên các thiết bị.
Giảm được hư hỏng thiết bị.
Nâng cao hiệu quả thiết bị tự đóng lại.
Độ nhạy : 
Relay bảo vệ cần có độ nhạy sao cho nó tác động chắc chắn khi ngắn mạch qua điện trở của hồ quang ở cuối vùng được bảo vệ trong chế độ cực tiểu của hệ thống.
Độ tin cậy : 
Relay bảo vệ phải tác động chắc chắn khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ, đây là yêu cầu rất quan trọng, nếu relay bảo vệ không tác động hoặc tác động sai có thể dẫn đến hậu quả là số phụ tải bị mất điện nhiều hoặc làm cho sự cố lan rộng trong hệ thống gây mất ổn định hệ thống.
Phân loại relay bảo vệ :
Trong hệ thống điện có rất nhiều loại relay bảo vệ như : relay bảo vệ khoảng cách, relay quá dòng, relay điện áp, relay tự động đóng lại  Nhưng relay bảo vệ quá dòng và relay tự động đóng lại là hai loại relay được dùng phổ biến nhất trong việc bảo vệ hệ thống phân phối.
Relay bảo vệ quá dòng điện : 
Relay quá dòng điện tử
Đặc tuyến TCC :
Đặc tuyến TCC relay Westinghouse CO8
Đặc tuyến TCC của bảo vệ quá dòng được đặt trưng bởi một họ các đường cong. Vị trí mỗi đường cong được xác định bằng cách chọn nấc và điều chỉnh mức thời gian. Các nấc được cài đặt để xác định dòng thứ cấp nhỏ nhất đưa vào nhằm khởi động relay. Dòng điện khởi động relay được định nghĩa là dòng cắt nhỏ nhất và được xác định như sau :
	Dòng cắt nhỏ nhất = Tỉ số CT x Nấc cài đặt (Tap).
Thời gian cắt được xác định bởi mức thời gian cài đặt. Cài đặt mức thời gian cao thì thời gian tác động của relay chậm hơn. Như vậy relay có đường đặc tuyến rất ngược (very inverse) và cực kỳ ngược (extremely inverse) thường được sử dụng bảo vệ trên lưới phân phối. Vì giá trị dòng sự cố tuỳ thuộc vào nơi xảy ra sự cố, nó cho phép phối hợp rất tốt các cầu chì và recloser.
Đường đặc tuyến ngược (inverse) thường được dùng ở những nơi mà giá trị dòng sự cố vào điều kiện nguồn phát lúc sự cố.
Cắt tức thời : 
Relay bảo vệ quá dòng có thể cắt tức thời khi sự cố xảy ra, giá trị dòng ngắt nhỏ nhất tức thời có thể thay đổi được, giá trị này xác được định như sau :
	Dòng cắt nhỏ nhất = Tỉ số biến dòng x Nấc cài đặt tức thời
Chúng ta nên chọn tỉ số biến dòng sao cho dòng điện làm việc lâu dài (kể cả trường hợp khẩn cấp) không được vượt quá dòng định mức của biến dòng. Thông thường tỉ số biến dòng được chọn từ 1,25 – 1,5 lần dòng tải đỉnh để đảm bảo an toàn khi có sự gia tăng tải một cách nguy hiểm.
Chức năng Reset :
Một đặc tính cần quan tâm khi lựa chọn relay là khôi phục lại trạng thái làm việc như ban đầu. Sự khôi phục là trạng thái mà tất cả các đáp ứng đầu vào đều được thực hiện đầy đủ. Thời gian phục hồi do nhà sản xuất cung cấp, nó rất quan trọng trong việc phối hợp với thiết bị tự động đóng lại, và relay tự đóng lại. 
Relay tự động đóng lại : 
Relay tự động đóng lại chỉ có chức năng định thời khi máy cắt mở ra, sau khoảng thời gian này relay gởi tín hiệu đóng lại máy cắt.
- - - - - - - // - - - - - - -
§3-5 RELAY QUÁ DÒNG KIỂU 7SJ531
Giới thiệu : 
	Relay quá dòng kiểu 7SJ531 do hãng Siemens sản xuất dùng để bảo vệ, điều khiển và giám sát thiết bị cho hệ thống phân phối. Relay bao gồm những chức năng cần thiết bảo vệ theo những yêu cầu bình thường, giám sát vị trí (đóng, mở) của máy cắt, cầu dao và điều khiển các máy cắt trong hệ thống phân phối.
	Chức năng cơ bản của relay 7SJ531 là bảo vệ quá dòng gồm có : bảo vệ quá dòng tức thời pha và đất (50, 50N), bảo vệ quá dòng có thời gian pha và đất (51, 51N). Ngoài ra relay còn có những chức năng bảo vệ phụ khác như : đo khoảng cách điểm sự cố, bảo vệ máy cắt hư hỏng, bảo vệ kém áp, bảo vệ quá áp, bảo vệ tải không cân bằng, bảo vệ quá nhiệt do quá tải.
	Ngoài ra đối với những phiên bản mới relay còn có những chức năng khác như : bảo vệ quá dòng định hướng (67, 67N) và tự động đóng lại một pha và ba pha cho đường dây trong hệ thống phân phối.
II. Những chức năng của relay : 
Overcurrent Protection :
Quá dòng pha mức cao IP>>. (50)
Quá dòng chạm đất mức cao IE>>. (50N)
Quá dòng pha có thời gian IP>. (51)
Quá dòng chạm đất có thời gian IE>. (51N)
Directional Overcurrent Protection : 
Quá dòng định hướng pha có thời gianIP>. (67)
Quá dòng định hướng chống chạm đấtcó thời gian IE>. (67N)
Chức năng này dùng làm bảo vệ dự phòng.
Switch On To Fault Protection : 
Chức năng này tác động với tốc độ cao khi ta đóng bằng tay máy cắt đường dây mà trên đường dây vẫn còn sự cố vĩnh cửu và khoá chức năng tự động đóng lại.
Tự động đóng lại : 
Chức năng này có thể tác động đóng lại một pha và ba pha cho các dạng sự cố ngắn mạch một pha hay nhiều pha tuỳ thuộc vào việc cài đặt relay.
Đo khoảng cách sự cố : 
Relay có thể đo được khoảng cách sự cố và xuất ra màn hình dưới dạng Km hay dặm khi có sự cố.
Bảo vệ tải không cân bằng : 
Khi tải trên ba pha của đường dây không cân bằng nhau thì relay có thể báo tín hiệu hoặc cắt tuỳ theo người cài đặt chương trình cho relay
Bảo vệ quá nhiệt do quá tải :
Khi vận hành đường dây quá tải khi đó nhiệt độ dây dẫn tăng lên và đến một giá trị nào đó thì relay có thể cắt hoặc báo tín hiệu.
Bảo vệ quá điện áp : 
Khi điện áp của hệ thống phân phối vượt quá giá trị cho phép thì relay đưa tín hiệu cắt. Thường giá trị cho phép là + 5%Uđm
Bảo vệ điện áp thấp :
Khi điện áp của hệ thống phân phối giảm thấp quá giá trị cho phép thì relay đưa tín hiệu cắt. Thường giá trị cho phép là - 5%Uđm
Điều khiển :
Ngoài các chức năng bảo vệ relay này còn có chức năng điều khiển đóng, mở máy cắt bằng bàn phím trên relay và trên màn hình tinh thể lỏng hiển thị trạng thái đóng mở của máy cắt.
Giám sát và đo lường : 
Ngoài các chức năng trên relay còn có các chức năng đo lường dòng điện ba pha IA, IB, IC, điện áp dây UAB, UBC, UCA, điện áp pha UA, UB, UC, dòng điện I0, điện áp U0, tần số, cosj, Mw, Mvar, Mwh, Mvarh.
Ngoài ra relay còn giám sát mạch cắt của máy cắt và ghi nhận tất cả các sự kiện xảy ra trên hệ thống phân phối và lưu trữ sự cố.