Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 9: Bảo vệ chống chạm đất

Chương 9 
BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT 
1 
 9.1 Bảo vệ cho mạng có dòng chạm đất lớn 
 9.2 Bảo vệ cho mạng có dòng chạm đất nhỏ 
 9.3 Bảo vệ điện áp thứ tự không 
 9.4 Bảo vệ có hướng 
 Khi vận hành bình thường hoặc khi ngắn mạch giữa các pha thì 
dòng không cân bằng sẽ nhỏ nên bảo vệ thứ tự không sẽ không tác 
động. Tuy nhiên, khi ngắn mạch chạm đất 1 pha hay 2 pha thì 
thành phần thứ tự không sẽ lớn nên bảo vệ phát hiện và tác động 
 Bảo vệ dòng điện chống chạm đất 
2 
 9.1.1 Bảo vệ dòng điện cực đại thứ tự không 
 9.1.2 Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không 
9.1. Bảo vệ mạng có dòng chống chạm đất lớn 
3 
9.1.1. Bảo vệ dòng cực đại TTK 
 Nguyên tắc 
 Dòng không cân bằng 
 Dòng khởi động 
 Độ nhạy 
 Thời gian tác động 
4 
Nguyên tắc 
 Dựa vào thành phần thứ tự không I0 hay U0 
 Bảo vệ chống chạm đất là bảo vệ chống ngắn mạch một pha 
chạm đất N(1) và hai pha chạm nhau chạm đất N(1,1). Nguyên tắc dựa 
vào thành phần thứ tự không là I0 hoặc U0 muốn nhận được tín 
hiệu I0 hay U0 thì phải dùng bộ lọc thứ tự không 
5 
Dòng không cân bằng 
?
kcb
I =
6 
Bảo vệ dòng thứ tự không được thực hiện nhờ một rơle RI nối vào 
bộ lọc dòng thứ tự không LIo . 
Dòng không cân bằng 
7 
Vì vậy 
Dòng thứ của BI tương ứng với sơ đồ 
Tổng dòng từ hóa của 3 máy biến dòng quy đổi về phía thứ 
cấp của chúng được gọi là dòng không cân bằng thứ cấp của 
bộ lọc: 
Dòng không cân bằng 
8 
Đối với các bộ lọc dùng BI lí tưởng có Iµ = 0 thì IKCBT = 0 
 Tuy nhiên thực tế các BI luôn luôn có dòng từ hóa và dòng 
từ hóa ở các pha là khác nhau mặc dù dòng sơ của các pha 
có trị số bằng nhau, vì vậy IKCBT ≠ 0. 
Dòng không cân bằng 
 Khi vận hành bình thường các thành phần sinh ra dòng không 
cân bằng do: 
o Thành phần 3I0 do tải sinh ra 
o Dòng từ hóa không hình sin làm xuất hiện hài bậc ba 
o Do tỷ số biến của BI không hoàn toàn giống nhau 
9 
Dòng không cân bằng 
 Dòng không cân bằng được xác định theo hai trường hợp: 
o Chế độ bình thường 
Khi thời gian tác động BV chạm đất t0 < t thời gian BV NM 
nhiều pha đoạn tiếp theo 
o Chế độ ngắn mạch 
oKhi thời gian tác động BV chạm đất t0 > t thời gian BV 
NMnhiều pha 
10 
Dòng không cân bằng 
 Ở chế độ bình thường, mạch BI không bão hòa nên dòng không 
cân bằng có thể thực nghiệm hay lấy khoảng 0.2% - 4% dòng điện 
định mức của BI 
 Khi có NM thì BI làm việc ở đường cong của đường đặc tính 
từ hóa nên dòng không cân bằng: 
(3)
,max . .kcb dn NMI k f I=
,max0.1kcb lvI I=
11 
 kkn : hệ số đồng nhất (0.5-1) 
 fi : Sai số BI (nếu đường cong sai số 10% thì = 0.1) 
 I(3)NM : dòng lớn nhất khi NM ở đoạn tiếp theo 
Dòng khởi động 
 Dòng khởi động: 
maxkd at kcbI k I=
12 
 hệ số an toàn kat = 1,2-1,5 
Độ nhạy 
 Iomin : Dòng điện thứ tự không nhỏ nhất qua rơle khi NM ở cuối 
vùng bảo vệ 
0min3 1.3 1.5nh
kd
IK
I
= ≥ −
13 
Chọn đặc tính 
 Chọn đặc tính thời gian giống như bảo vệ 51 
14 
Bảo vệ dòng thứ tự không có đặc tính thời gian độc lập, được chọn 
theo nguyên tắc bậc thang. 
Xét ví dụ đối với mạng hở có một nguồn cung cấp và có trung 
tính được nối đất chỉ một điểm ở đầu nguồn, bảo vệ chống chạm 
đất 4a,3a,2a và các bao vệ nhiều pha 1,2,3,4. 
Chọn đặc tính 
 Chọn đặc tính thời gian giống như bảo vệ 51 
15 
Bảo vệ dòng thứ tự không có đặc tính thời gian độc lập, được chọn 
theo nguyên tắc bậc thang. 
Do các biến áp hạ thế có tổ đấu dây Yo/∆ hay ∆/Yo (ví dụ MBA 
C và B) thì BV thứ tự không không đặt ở phía cao, BV của MBA 
có thể tác động không thời gian. 
Chọn đặc tính 
16 
Bảo vệ 2a ở các trạm B, C có thể được chỉnh định không thời 
gian (thực tế t2a ≈ 0,1 giây) và thời gian tác động của các bảo 
vệ đường dây là: 
Chọn đặc tính 
17 
có thể thấy được ưu điểm chính của bảo vệ dòng thứ tự không so 
với bảo vệ nối vào dòng pha toàn phần là thời gian làm việc bé và 
độ nhạy cao. 
Ví dụ 
A B C D E 
F 
1 2 4 
3 
18 
9.1.2. Bảo vệ dòng cắt nhanh TTK 
19 
Baûo veä caét nhanh (BVCN) phaûn öùng theo doøng thöù töï khoâng, coù nhieäm vuï caét 
nhanh NM chaïm ñaát, trong maïng coù trung tính tröïc tieáp noái ñaát. 
Baûo veä taùc ñoäng theo nguyeân taéc cuõng töông töï nhö caét nhanh phaûn öùng theo 
doøng toaøn phaàn. 
Baûo veä caét nhanh thöù töï khoâng, coù theå laø BV ñôn giaûn coù höôùng, taùc ñoäng töùc 
thôøi vaø coù thôøi gian trì hoaõn. 
9.1.2. Bảo vệ dòng cắt nhanh TTK 
 Dòng khởi động: 
max0.3 IkI atkd =
0maxI
Dòng điện NM TTK lớn nhất tại cuối phần tử rơ le 
bảo vệ. Xác định từ việc tính N(1) và N(1,1) 
20 
Baûo veä naøy duøng cho caùc ñöôøng daây maø doøng Io chæ coù ôû moät 
phía khi NM chaïm ñaát. Noùi caùch khaùc, noù ñöôïc duøng khi caùc 
trung tính noái ñaát cuûa MBA naèm veà moät phía cuûa ñöôøng daây, BV 
caét nhanh taùc ñoäng töùc thôøi. 
 Thời gian tác động: gần bằng không 
9.2. Bảo vệ mạng điện có dòng chạm đất nhỏ 
 Ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp khi chạm đất thì dòng 
NM có giá trị nhỏ. Nó khép mạch với điện dung đường dây so với 
đất cho nên nó phụ thuộc vào điện dung và điện trở quá độ ở chỗ 
chạm đất. Có thể dùng dòng này để phát hiện chạm đất. 
Để thực hiện bảo vệ ta dùng bộ lọc: 
 Đối với đường dây trên không dùng bộ lọc hình sao 
 Đối với cáp ngầm cần lưu ý là dây nối đất phải nối chui 
qua biến dòng điện pha không để tránh tác động sai khi có 
chạm đất mạch khác. 
21 
UB 
UA 
UC 
UAB UAC 
IB 
IC 
Iâ 
 Loaûi sæû cäú thæåìng xaíy ra nháút trãn âæåìng dáy laì hiãûn tæåüng chaûm 
âáút 1 pha. Xeït hãû thäúng gäöm MBA vaì âæåìng dáy 
C 
B 
A 
CC 
CB 
CA 
CAC 
CAB 
CBC IB 
IC 
Iâ 
Iâ IC IB 
9.2. Bảo vệ mạng điện có dòng chạm đất nhỏ 
 Doìng âiãûn chaûy qua chäù chaûm âáút: 
Giaï trë tuyãût âäúi cuía caïc doìng âoï laì: 
CBd III
...
+=
CUII pCB ω.3==
Giaï trë tuyãût âäúi cuía doìng âiãûn chaûm âáút bàòng: 
CUI
CUII
pd
pBd
ω
ω
.3
2
3.3230cos2 0
=
==
UB 
UA 
UC 
UAB UAC 
IB 
IC 
Iâ 
 Cuäün dáûp häö quang 
 Âãø khàõc phuûc hiãûn tæåüng quaï âiãûn aïp do häö quang thç trong 
thæûc tãú ngæåìi ta duìng cuäün dáûp häö quang näúi vaìo âiãøm trung tênh 
cuía hãû thäúng âiãûn. 
 Cuäün dáûp häö quang laì cuäün caím coï loîi theïp maì chuïng ta coï thãø 
thay âäøi LK bàòng caïch thay âäøi khe håí khäng khê cuía loîi theïp, hoàûc 
thay âäøi säú voìng dáy 
C 
B 
A 
CC CB CA 
 LK, ro 
 LBA 
 IL+IR IC 
Ik 
CKd III
...
+=
C 
B 
A 
CC CB CA 
 LK,ro 
 IK 
 IL+IR IC 
 Iâ IC 
 IC 
IR 
IK 
IL 
Iâ 
Nãúu cuäün dáûp häö quang thêch håüp sao cho: 
CL II = Rd II =
Goüi q laì âäü buì 
C
L
I
I
q =
1<q
Buì thiãúu, doìng qua chäù 
chaûm âáút coï tênh dung 
 IC 
IR 
IK 
IL 
Iâ 
1>q
Buì thæìa, doìng qua chäù 
chaûm âáút coï tênh caím 
 IC 
IR 
IK 
IL 
Iâ 
1=q
Buì âuí, doìng âiãûn qua 
chäù chaûm âáút beï nháút 
 IC 
IK 
IL 
Iâ=IR 
Khi chaûm âáút 1 pha, doìng âiãûn taûi nåi chaûm âáút gäöm 2 thaình pháön: 
pC CUjI ω3
.
=
K
p
L L
U
jI
ω
=
.
- Thaình pháön doìng âiãûn âiãûn dung (Ic): thaình pháön naìy laì doìng âiãûn 
chaûy qua âiãøm chaûm âáút do âiãûn dung cuía âæåìng dáy våïi âáút sinh ra. 
- Thaình pháön doìng âiãûn âiãûn caím (IL) vaì thaình pháön doìng âiãûn taïc 
duûng (IR) :laì doìng âiãûn chaûy qua âiãøm chaûm âáút do cuäün khaïng sinh 
ra 
)1
)(
( 2
.
KK
o
p
Ko
p
K L
j
L
rU
Ljr
U
I
ωωω
−≈
+
=
2
.
)( K
o
pR L
rUI
ω
=
9.2. Bảo vệ mạng điện có dòng chạm đất nhỏ 
28 
- Qua các đường dây đều có dòng thự tự không 
- Dòng của cuộn dập hồ quang (DHQ) chỉ chạy trên 
đường dây bị hư hỏng 
9.2. Bảo vệ mạng điện có dòng chạm đất nhỏ 
29 
 Trên BIo của đường dây không bị hư hỏng có dòng 
TTK chạy vòng qua các điện dung của bản thân đường 
dây đó, có hướng rời khỏi thanh góp và bằng 
 Trên BIo của đường dây bị hư hỏng có dòng bằng 
tổng của các đường dây không bị hư hỏng tức là bằng 
tổng dòng điện dung của mạng trừ đi dòng qua điện 
dung của đường dây đó, có hướng vào thanh góp và 
bằng 
3IoL2 = 3UoωCL2 và 3IoL3 = 3UoωCL3 
IBI0 = 3IoC - 3IoL1 = 3UoωC - 3UoωCL1 
9.2. Bảo vệ mạng điện có dòng chạm đất nhỏ 
30 
 Khi có cuộn dập hồ quang còn có dòng qua cuộn 
DHQ 
 Trên BIo của đường dây bị hư hỏng có dòng bằng 
 Hướng của dòng phụ thuộc vào chế độ bù 
Dòng khởi động 
. .3kd at xk f LI k k U Cω=
 kat : (1,1-1.2 ) 
 kxk : kể đến hồ quang chập chờn (= 2-3 với bảo vệ cắt 
chậm, = 4-5 với tác động nhanh) 
 Uf : điện áp pha 
 CL=Cđv .L: điện dung đường dây 
31 
Độ nhạy 
 knh = 1.5 với đường dây trên không, 1.25 với cáp ngầm 
 Igmin là dòng chạm đất nhỏ nhất đi qua bảo vệ ( BI0 của 
đường dây bị hư hỏng) khi có chạm đất ở cuối vùng bảo vệ 
ming
nh
kd
I
k
I
=
32 
Độ nhạy 
min 0 0 03 3 3 ( )g C L nm LI I I U C Cω= − = −
 Mạng không có cuộn dập hồ quang: 
 I0C :tổng dòng dung mỗi pha của mạng 
 U0nm :điện áp pha khi có chạm đất 
 I0L :dòng điện điện dung mỗi pha của đường dây được bảo vệ 
 C: điện dung của mạng 
 CL=Cđv .L:điện dung đường dây được bảo vệ 
33 
Độ nhạy 
0
min 0
3 3 ( )nmg nm L
L
UI U C C
x
ω= − −
 Mạng có cuộn dập hồ quang: 
 xL: điện kháng cuộn dập hồ quang 
 Do dòng điện dung bé nên độ nhạy kém, cho nên cần nâng 
cao độ nhạy ta phải dùng BI tốt, khuếch đại thứ cấp. 
 Có thể cắt loại bỏ sự cố hoặc báo hiệu 
34 
Thời gian tác động 
 Nếu dùng biện pháp cắt loại bỏ sự cố: thì cần phối hợp thời 
gian bậc thang 
 Nếu dùng biện pháp báo tín hiệu: thì đặt ở tất cả các đầu 
đường dây để kiểm tra từng đường dây xác định điểm sự cố. 
35 
9.3. Bảo vệ áp TTK cho mạng có TT không NĐTT 
 Áp khởi động: 
0(3 )gkd at kcbU k U U= −
 kat = 1,3 
 U0 trong điều kiện làm viêc bình thường lấy khoảng 5% 
 Ukcb điện áp kcb của bộ lọc lấy khoảng 2%-4% 
 Để tính bảo vệ báo tính hiệu khi có NM không đối xứng, thời 
gian chỉnh định chọn lớn hơn bảo vệ lớn nhất, và thường chọn 
9s 
36