Bài giảng Bảo vệ Rơle và tự động hóa - Chương 5: Bảo vệ dòng so lệch

không 
phải vào thời điểm đầu của ngắn mạch mà 
hơi chậm hơn một ít. 
 trị số iKCB xác lập sau ngắn mạch 
có thể lớn hơn rất nhiều so với trước ngắn 
mạch do ảnh hưởng của từ dư trong lõi 
thép.thời gian tồn tại trị số iKCB lớn không 
quá vài phần mười giây. 
Hình 5.3 : Đồ thị biểu diễn quan hệ 
theo thời gian của trị số tức thời 
của dòng ngắn mạch ngoài (a) và 
dòng không cân bằng trong mạch 
rơle của bảo vệ so lệch (b) 
III. Dòng khởi động và độ nhạy: 
III.1. Dòng điện khởi động: 
Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch ngoài, dòng khởi động 
của rơle cần phải chỉnh định tránh khỏi trị số tính toán của dòng không cân bằng: 
 IKĐR ≥ kat.IKCBmaxtt (5.3) 
IKCBmaxtt : trị hiệu dụng của dòng không cân bằng cực đại tính toán tương ứng với 
dòng ngắn mạch ngoài cực đại. 
Tương ứng dòng khởi động của bảo vê là: 
 IKĐ ≥ kat.IKCBSmaxtt (5.4) 
trong đó IKCBSmaxtt là dòng không cân bằng phía sơ cấp của BI tương ứng với IKCBmaxtt 
và được tính toán như sau: 
IKCBSmaxtt = fimax.kđn.kkck. IN ngmax (5.5) 
 38
với: fimax - sai số cực đại cho phép của BI, fimax = 10%. 
kđn - hệ số đồng nhất của các BI, (kđn = 0 ÷ 1), kđn = 0 khi các BI hoàn toàn giống 
nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau, kđn = 1 khi các BI khác nhau 
nhiều nhất, một BI làm việc không có sai số (hoặc sai số rất bé) còn BI kia có sai số cực 
đại. 
kkck - hệ số kể đến thành phần không chu kỳ trong dòng điện ngắn mạch. 
IN ngmax - thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. 
III.2. Độ nhạy: 
Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá thông qua hệ số độ nhạy: 
K I
In
N
KÂ
= min (5.6) 
INmin : dòng nhỏ nhất có thể có tại chỗ ngắn mạch khi ngắn mạch trực tiếp trong vùng 
bảo vệ. 
Yêu cầu độ nhạy của bảo vệ dòng so lệch Kn ≥ 2 
IV. Các biện pháp nâng cao độ nhạy: 
 Cho bảo vệ làm việc với thời gian 
khoảng 0,3 đến 0,5 sec để tránh khỏi những trị số 
quá độ lớn của dòng không cân bằng. 
 Nối nối tiếp với cuộn dây rơle một điện 
trở phụ (hình 5.4). Tăng điện trở mạch so lệch sẽ 
làm giảm thấp dòng không cân bằng cũng như 
dòng ngắn mạch thứ cấp (khi hư hỏng trong vùng 
bảo vệ). Tuy nhiênmức độ giảm thấp này không 
như nhau do tính chất khác nhau của dòng không 
cân bằng quá độ và của dòng ngắn mạch. Mức độ 
giảm dòng không cân bằng nhiều hơn do trong nó 
có chứa thành phần không chu kỳ nhiều hơn. Do 
sơ đồ rất đơn giản nên biện pháp này được sử 
dụng để thực hiện bảo vệ cho một số phần tử 
trong hệ thống điện. 
 Nối rơle qua máy biến dòng bão hòa 
trung gian (BIG). 
 Dùng rơle có hãm. 
Hình 5.4 : Bảo vệ dòng so lệch 
dùng điện trở phụ trong mạch rơle 
V. Bảo vệ so lệch dùng rơle nối qua BIG: 
Sơ đồ nguyên lí của bảo vệ có rơle nối qua BIG trên hình 5.5a. Hoạt động của sơ đồ 
dựa trên cơ sở là trong dòng không cân bằng quá độ khi ngắn mạch ngoài (hình 5.3) 
thường có chứa thành phần không chu kỳ đáng kể làm dịch chuyển đồ thị biểu diễn trị tức 
thời của dòng iKCB về 1 phía của trục thời gian. 
Thông số của BI bão hòa được lựa chọn thế nào để nó biến đổi rất kém thành phần 
không chu kỳ chứa trong iKCB đi qua cuộn sơ của nó. Dùng sơ đồ thay thế của BI để phân 
tích, có thể thấy rằng phần lớn thành phần không chu kỳ đi qua nhánh từ hóa làm bão hòa 
 39
mạch từ (giảm Zµ). Trong điều kiện đó thành phần chu kỳ của iKCB chủ yếu khép mạch qua 
nhánh từ hóa mà không đi vào rơle. 
Điều kiện làm việc của BIG rất phức tạp bởi vì quan hệ phi tuyến khi biến đổi qua BI 
chính xếp chồng với quan hệ phi tuyến khi biến đổi iKCB qua BIG. Phần tiếp theo ta sẽ 
khảo sát đồ thị vòng từ trễ của BIG và sự thay đổi trị tức thời của dòng theo thời gian (hình 
5.5). 
a) b) c) 
Hình 5.5 : Bảo vệ dòng so lệch dùng rơle nối qua BI bão hòa trung gian 
a) sơ đồ nguyên lí của bảo vệ 
b) hoạt động của sơ đồ khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ 
c) hoạt động của sơ đồ khi ngắn mạch ngoài 
VI. Bảo vệ dùng rơle so lệch có hãm: 
Dòng so lệch thứ hay còn gọi là dòng làm việc bằng hiệu các dòng thứ ILV = ISLT = IIT 
- IIIT và dòng hãm bằng 1/2 tổng dòng thứ IH = 0,5*(IIT + IIIT). Khi ngắn mạch ngoài, trị 
tuyệt đối của hiệu dòng luôn luôn nhỏ hơn 1/2 tổng dòng thứ, tức là: 
I I I IIT IIT IT IIT
. . . .
,− < +05 
hay : ILV < IH (5.7) 
Khi ngắn mạch trong, trị tuyệt đối của hiệu có thể xem là lớn hơn 1/2 tổng: 
I I I IIT IIT IT IIT
. . . .
,− > +0 5 
hay : ILV > IH (5.8) 
Khi ngắn mạch trong và có nguồn cung cấp chỉ từ một phía thì IIIT = 0 ; ILV = IIT ; IH 
= 0,5IIT.
Biểu thức (5.7) và (5.8) có thể được coi là cơ sở để thực hiện rơle có hãm. Các rơle 
này dựa vào việc so sánh 2 đại lượng: 
I IIT IIT
. .− và 0,5 I IIT IIT. .+ 
Sơ đồ nối BI với rơle như hình 5.7b qua BIG có tỉ số biến đổi nI = 1, cuộn sơ của 
BIG chia thành 2 phần bằng nhau, cuộn thứ có dòng hãm đưa vào bộ phận hãm của rơle; 
 40
dòng so lệch cung cấp cho bộ phận làm việc của rơle được lấy từ điểm giữa của cuộn sơ 
BIG. 
Hình 5.7 : Bảo vệ dòng so lệch có hãm 
a) Đồ thị véc tơ dòng thứ trong mạch bảo vệ 
b) Sơ đồ nguyên lí một pha của bảo vệ 
VII. Đánh giá bảo vệ so lệch dọc: 
VII.1. Tính chọn lọc: 
Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối. Khi trong hệ thống điện 
có dao động hoặc xảy ra tình trạng không đồng bộ, dòng ở 2 đầu phần tử được bảo vệ luôn 
bằng nhau và không làm cho bảo vệ tác động mất chọn lọc. 
VII.2. Tác động nhanh: 
Do bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên không yêu cầu phải phối hợp về thời gian 
với bảo vệ các phần tử kề. Bảo vệ có thể được thực hiện để tác động không thời gian. 
VII.3. Độ nhạy: 
Bảo vệ có độ nhạy tương đối cao do dòng khởi động có thể chọn nhỏ hơn dòng làm 
việc của đường dây. 
VII.4. Tính đảm bảo: 
Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo. 
Nhược điểm chủ yếu của bảo vệ là có dây dẫn phụ . Khi đứt dây dẫn phụ có thể làm 
kéo dài thời gian ngừng hoạt động của bảo vệ, hoặc bảo vệ có thể tác động không đúng 
(nếu bộ phận kiểm tra đứt mạch thứ không làm việc). 
Giá thành của bảo vệ được quyết định bởi giá thành của dây dẫn phụ và chi phí lắp 
đặt chúng, do vậy đường dây dài giá thành sẽ rất cao. 
Từ những phân tích trên cho thấy chỉ nên đặt bảo vệ so lệch dọc cho những đường 
dây có chiều dài không lớn chủ yếu là trong mạng ≥ 110kV khi không thể áp dụng các bảo 
vệ khác đơn giản và tin cậy hơn. Lúc ấy nên dùng chung cáp làm dây dẫn phụ của bảo vệ, 
đồng thời để thực hiện điều khiển xa, đo lường xa, thông tin liên lạc... 
 41
Bảo vệ so lệch dọc được áp dụng rộng rãi để bảo vệ cho máy phát, máy biến áp, 
thanh góp, ... do không gặp phải những khó khăn về dây dẫn phụ. 
VIII. Bảo vệ so lệch ngang có hướng: 
Nguyên tắc tác động bảo vệ so lệch ngang dựa vào việc so sánh dòng trên 2 đường 
dây song song, trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài các dòng này 
có trị số bằng nhau và cùng hướng, còn khi phát sinh hư hỏng trên một đường dây thì 
chúng sẽ khác nhau. 
Bảo vệ được dùng cho 2 đường dây song song nối vào thanh góp qua máy cắt riêng. 
Khi hư hỏng trên một đường dây, bảo vệ cần phải cắt chỉ đường dây đó và giữ nguyên 
đường dây không hư hỏng lại làm việc. Muốn vậy bảo vệ phải được đặt ở cả 2 đầu đường 
dây và có thêm bộ phận định hướng công suất để xác định đường dây bị hư hỏng. 
Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ trên hình 5.9. Các máy biến dòng đặt trên 2 đường 
dây có tỷ số biến đổi nI như nhau, cuộn thứ của chúng nối với nhau thế nào để nhận được 
hiệu các dòng pha cùng tên. Rơle dòng 5RI làm nhiệm vụ của bộ phận khởi động, rơle 
6RW tác động 2 phía là bộ phận định hướng công suất. Khi chiều dòng điện quy ước như 
trên hình 5.9, ta có dòng đưa vào các rơle này là IR = IIT - IIIT . 
Ap đưa vào 6RW được lấy từ BU nối vào thanh góp trạm. Rơle 6RW sẽ tác động đi 
cắt đường dây có công suất ngắn mạch hướng từ thanh góp vào đường dây và khi ở cả 2 
đường dây đều có công suất ngắn mạch hướng từ thanh góp vào đường dây thì 6RW sẽ tác 
động về phía đường dây có công suất lớn hơn. 
Trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài, dòng IIT , IIIT bằng 
nhau và trùng pha. Dòng vào rơle IR = IIT - IIIT gần bằng 0 (IR = IKCB), nhỏ hơn dòng khởi 
động IKĐR của bộ phận khởi động 5RI và bảo vệ sẽ không tác động. 
Hình 5.9 : Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho 2 đường dây song song 
Khi ngắn mạch trên đường dây I ở điểm N’ (hình 5.9), dòng II > III . Về phía trạm A 
có IR = IIT - IIIT ; còn phía trạm B có IR = 2IIIT. Rơle 5RI ở cả 2 phía đều khởi động. Công 
suất ngắn mạch trên đường dây I phía A lớn hơn trên đường dây II; do vậy 6’RW khởi 
động về phía đường dây I và bảo vệ cắt máy cắt 1’MC. Về phía trạm B, công suất ngắn 
 42
mạch trên đường dây I có dấu dương (hướng từ thanh góp vào đường dây), còn trên đường 
dây II - âm. Do đó 6”RW cũng khởi động về phía đường dây I và cắt máy cắt 1”MC. Như 
vậy bảo vệ đảm bảo cắt 2 phía của đường dây hư hỏng I. 
Khi ngắn mạch trên đường dây ở gần thanh góp (điểm N”), dòng vào rơle phía trạm 
B là IR ≈ 0 và lúc đầu nó không khởi động. Tuy nhiên bảo vệ phía trạm A tác động do dòng 
vào rơle khá lớn. Sau khi cắt máy cắt 2’MC, phân bố dòng trên đường dây có thay đổi và 
chỉ đến lúc này bảo vệ phía trạm B mới tác động cắt 2”MC. Hiện tượng khởi động không 
đồng thời vừa nêu là không mong muốn vì làm tăng thời gian loại trừ hư hỏng ra khỏi 
mạng điện. 
Nguồn thao tác được đưa vào bảo vệ qua các tiếp điểm phụ của 1MC và 2MC. Khi 
cắt một máy cắt thì tiếp điểm phụ của nó mở và tách bảo vệ ra. Cần thực hiện như vậy vì 2 
lí do sau: 
 Sau khi cắt 1 đường dây bảo vệ trở thành bảo vệ dòng cực đại không thời gian. 
Nếu không tách bảo vệ ra, nó có thể cắt không đúng đường dây còn lại khi xảy ra ngắn 
mạch ngoài. 
 Bảo vệ có thể cắt đường dây bị hư hỏng không đồng thời. Khi ngắn mạch tại điểm 
N”, máy cắt 2’MC cắt trước, sau đó toàn bộ dòng hư hỏng sẽ đi đến chỗ ngắn mạch qua 
đường dây I. Nếu không tách bảo vệ phía trạm A ra, nó có thể cắt không đúng 1’MC của 
đường dây I không hư hỏng.