Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 2: Bảo vệ dòng điện cực đại

àm việc của bảo vệ càng lớn. Ở các đoạn gần nguồn cần 
phải cắt nhanh ngắn mạch để đảm bảo sự làm việc liên tục của phần còn lại của hệ thống 
điện, trong khi đó thời gian tác động của các bảo vệ ở các đoạn này lại lớn nhất. Thời gian 
tác động chọn theo nguyên tắc bậc thang có thể vượt quá giới hạn cho phép. 
III.3. Độ nhạy: 
Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do phải chọn dòng khởi động lớn hơn dòng làm việc 
cực đại Ilv max có kể đến hệ số mở máy kmm của các động cơ. Khi ngắn mạch trực tiếp ở 
cuối đường dây được bảo vệ, độ nhạy yêu cầu là ≥ 1,5 (khi làm nhiệm vụ bảo vệ chính). 
Độ nhạy như vậy trong nhiều trường hợp được đảm bảo. Tuy nhiên khi công suất nguồn 
thay đổi nhiều, cũng như khi bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ trong trường hợp ngắn mạch ở 
đoạn kề , độ nhạy có thể không đạt yêu cầu. Độ nhạy yêu cầu của bảo vệ khi làm nhiệm vụ 
dự trữ là ≥ 1,2 
 15
III.4. Tính đảm bảo: 
Theo nguyên tắc tác động, cách thực hiện sơ đồ, số lượng tiếp điểm trong mạch thao 
tác và loại rơle sử dụng , bảo vệ dòng cực đại được xem là loại bảo vệ đơn giản nhất và 
làm việc khá đảm bảo . 
Do những phân tích trên, bảo vệ dòng cực đại được áp dụng rộng rãi trong các mạng 
phân phối hình tia điện áp từ 35KV trở xuống có một nguồn cung cấp nếu thời gian làm 
việc của nó nằm trong giới hạn cho phép. Đối với các đường dây có đặt kháng điện ở đầu 
đường dây, có thể áp dụng bảo vệ dòng cực đại được vì khi ngắn mạch dòng không lớn 
lắm, điện áp dư trên thanh góp còn khá cao nên bảo vệ có thể làm việc với một thời gian 
tương đối lớn vẫn không ảnh hưởng nhiều đến tình trạng làm việc chung của hệ thống điện 
. 
IV. Bảo vệ dòng cắt nhanh: 
IV.1. Nguyên tắc làm việc: 
Bảo vệ dòng cắt nhanh (BVCN) là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách 
chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chổ đặt bảo vệ khi hư 
hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ, BVCN thường làm việc không thời gian hoặc có thời 
gian rất bé để nâng cao nhạy và mở rộng vùng BV. 
Hình 2.15 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng cắt nhanh không thời gian 
đối với đường dây có nguồn cung cấp một phía 
Xét sơ đồ mạng trên hình 2.15, BVCN đặt tại đầu đường dây AB về phía trạm A. Để 
bảo vệ không khởi động khi ngắn mạch ngoài (trên các phần tử nối vào thanh góp trạm B), 
dòng điện khởi động IKĐ của bảo vệ cần chọn lớn hơn dòng điện lớn nhất đi qua đoạn AB 
khi ngắn mạch ngoài. Điểm ngắn mạch tính toán là N nằm gần thanh góp trạm B phía sau 
máy cắt. 
IKĐ = kat. INngmax (2.13) 
Trong đó : 
 16
INngmax: Là dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 
(thường là dòng N(3) ) 
kat: hệ số an toàn; xét tới ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ, việc tính toán 
không chính xác dòng ngắn mạch và sai số của rơle. Thường kat= 1,2 ÷1,3. 
Không kể đến ktv vì khi ngắn mạch ngoài bảo vệ không khởi động. 
IV.2. Vùng tác động của BV: 
Khi hư hỏng càng gần thanh góp trạm A thì dòng điện ngắn mạch sẽ càng tăng theo 
đường cong 1 (hình 2.15). Vùng bảo vệ cắt nhanh lCN được xác định bằng hoành độ của 
giao điểm giữa đường cong 1 và đường thẳng 2 (đường thẳng 2 biểu diễn dòng điện khởi 
động IKĐ). Vùng l(3)CN chỉ chiếm một phần chiều dài của đường dây được bảo vệ. Dòng 
ngắn mạch không đối xứng thường nhỏ hơn dòng khi ngắn mạch 3 pha. Vì vậy, đường 
cong IN (đường cong 3) đối với các dạng ngắn mạch không đối xứng trong tình trạng cực 
tiểu của hệ thống có thể nằm rất thấp so với đường cong 1; vùng bảo vệ lCN < l(3)CN, trong 
một số trường hợp lCN có thể giảm đến 0. 
IV.3. BVCN cho đường dây có 2 nguồn cung cấp: 
Bảo vệ cắt nhanh còn có thể dùng để bảo vệ các đường dây có hai nguồn cung cấp. 
Trên hình 2.16, giả thiết BVCN được đặt ở cả 2 phía của đường dây AB. Khi ngắn mạch 
ngoài tại điểm NA thì dòng ngắn mạch lớn nhất chạy qua các BVCN là INngmaxB theo 
hướng từ thanh góp B vào đường dây. Khi ngắn mạch ngoài tại điểm NB thì dòng ngắn 
mạch lớn nhất chạy qua các BVCN là INngmaxA theo hướng từ thanh góp A vào đường dây. 
Để bảo vệ cắt nhanh không tác động nhầm khi ngắn mạch ngoài, cần phải chọn IKĐ > 
INngmax . Trong trường hợp đang xét (hình 2.16), INngmaxA > INngmaxB , vì vậy dòng tính toán 
INngmax = INngmaxA . Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn giống nhau cho cả hai phía: 
IKĐ = kat.INngmaxA 
Vùng bảo vệ lCNA và lCNB được xác định bằng hoành đô giao điểm của các đường 
cong 1 (INA = f(l)) và 3 (INB = f(l)) với đường thẳng 2 (IkĐ), gồm 3 đoạn: 
* Ngắn mạch trong đoạn lCNA chỉ có BVCN phía A tác động 
* Ngắn mạch trong đoạn lCNB chỉ có BVCN phía B tác động 
* Khi ngắn mạch trong đoạn giữa thì không có BVCN nào tác động. Tuy nhiên nếu 
(lCNA + lCNB) > l thì khi ngắn mạch ở đoạn giữa cả hai BVCN sẽ cùng tác động. 
 ** Hiện tượng khởi động không đồng thời: 
Nếu giữa các trạm A,B ngoài đường dây được bảo vệ ra còn có các mạch liên lạc 
vòng phụ khác thì có thể xảy ra hiện tượng khởi động không đ.thời giữa các bảo vệ đặt ở 2 
đầu A,B của đường dây và chiều dài vùng bảo vệ có thể tăng lên. 
Hiện tượng mà một bảo vệ chỉ bắt đầu khởi động sau khi một bảo vệ khác đã khởi 
động và cắt máy cắt được gọi là hiện tượng khởi động không đồng thời. Khi kể đến tác 
động không đồng thời, BVCN thậm chí có thể bảo vệ được toàn bộ đường dây có nguồn 
cung cấp 2 phía. 
 17
Hinh 2.16 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng cắt nhanh 
đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía 
V. Bảo vệ dòng có đặc tính thời gian nhiều cấp: 
Bảo vệ dòng có đặc tính thời gian nhiều cấp (hay còn gọi là đặc tính thời gian phụ 
thuộc nhiều cấp) là sự kết hợp của các bảo vệ dòng cắt nhanh không thời gian, bảo vệ dòng 
cắt nhanh có thời gian và bảo vệ dòng cực đại. Sơ đồ nguyên lí một pha của bảo vệ như 
trên hình 2.18, đặc tính thời gian trên hình 2.19. 
Hình 2.18 : Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ dòng 
có đặc tính thời gian nhiều cấp 
Nguyên tắc làm việc của bảo vệ được khảo sát thông qua sơ đồ mạng hình tia có 
nguồn cung cấp 1 phía như hình 2.20. Các bảo vệ A và B đặt ở đầu đường dây AB và BC. 
Sự thay đổi giá trị của dòng ngắn mạch theo khoảng cách từ thanh góp trạm A đến điểm hư 
hỏng được đặc trưng bằng đường cong IN = f(l). 
* Cấp Thứ Nhất của các bảo vệ A và B (rơle 3RI, 4RGT và 5Th trên hình 2.18) 
là cấp cắt nhanh không thời gian (tI ≤ 0,1 giây). Để đảm bảo chọn lọc, dòng khởi 
động IIKĐA và IIKĐB được chọn lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài cực đại. Phần lIA 
 18
và lIB của đường dây (xác định bằng đồ thị trên hình 2.20) là vùng thứ nhất của 
bảo vệ A và B, chúng chỉ chiếm một phần chiều dài của đường dây AB và BC. 
* Cấp Thứ Hai (rơle 6RI, 7RT và 8Th) là cấp cắt nhanh có thời gian, để đảm bảo 
chọn lọc được chọn với thời gian tII lớn hơn thời gian tác động tI của cấp thứ 
nhất và của bảo vệ không thời gian đặt ở 
các máy biến áp trạm B và C một bậc ∆t. 
Khi chọn thời gian tII như vậy, dòng khởi 
động IIIKĐA và IIIKĐB của cấp thứ hai được 
chọn lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại khi 
hư hỏng ngoài vùng tác động của bảo vệ 
không thời gian đặt ở các phần tử kề trước 
(ví dụ, IIIKĐA được chọn lớn hơn dòng ngắn 
mạch cực đại khi hư hỏng ở cuối vùng lIB 
của cấp thứ nhất bảo vệ B hoặc hư hỏng trên 
thanh góp điện áp thấp của trạm B). 
Hình 2.19 : Đặc tính thời gian 
của bảo vệ trên hình 2.18 
Đối với bảo vệ A, nếu trường hợp tính toán là chỉnh định khỏi dòng ngắn mạch ở 
cuối vùng lIB của cấp thứ nhất bảo vệ B (dòng ngắn mạch lúc đó bằng dòng khởi động 
IIKĐB) thì ta có : 
 IIIKĐA = kat.IIKĐB
Hình 2.20 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng có đặc tính thời gian nhiều cấp 
 19
Hệ số an toàn Kat tính đến sai số của rơle và máy biến dòng, lấy bằng 1,1÷1,15.Vùng 
bảo vệ của cấp thứ hai bao gồm phần cuối đường dây, thanh góp của trạm và một phần các 
phần tử kề nối vào thanh góp này. Vùng thứ hai lIIA của bảo vệ A được xác định bằng đồ 
thị trên (hình 2.20), trong trường hợp đang xét lIIA chứa phần cuối đường dây AB, thanh 
góp B và phần đầu đường dây BC. 
Độ nhạy cấp thứ hai của bảo vệ A và B được kiểm tra theo ngắn mạch trực tiếp ở 
cuối đường dây được bảo vệ AB và BC tương ứng. Yêu cầu hệ số KIIn không được nhỏ 
hơn 1,3 ÷ 1,5. 
* Cấp Thứ Ba của bảo vệ A và B (rơle 9RI, 10RT, 11Th) là bảo vệ dòng cực đại, có 
dòng khởi động IIIIKĐA và IIIIKĐB lớn hơn dòng điện làm việc cực đại. Tác động chọn lọc 
của chúng được đảm bảo nhờ chọn thời gian tIIIA và tIIIB theo nguyên tắc bậc thang. 
Vùng bảo vệ của cấp thứ ba lIIIA và lIIIB bắt đầu từ cuối vùng hai trở đi. Nhiệm vụ của 
cấp thứ ba là dự trữ cho hỏng hóc máy cắt hoặc bảo vệ của các phần tử kề, cũng như cắt 
ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ khi 2 cấp đầu không tác động, ví dụ khi ngắn mạch 
qua điện trở quá độ lớn. Độ nhạy của cấp thứ ba được kiểm tra với ngắn mạch ở cuối phần 
tử kề. Yêu cầu hệ số KnIII không được nhỏ hơn 1,2. 
Ưu điểm cơ bản của bảo vệ dòng điện có đặc tính thời gian nhiều cấp là bảo đảm cắt 
khá nhanh ngắn mạch ở tất cả các phần của mạng điện. Nhược điểm chính là độ nhạy thấp, 
chiều dài vùng bảo vệ phụ thuộc vào tình trạng làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch, 
chỉ đảm bảo tính chọn lọc trong mạng hở có một nguồn cung cấp. 
VI. Bảo vệ dòng có kiểm tra áp: 
Để phân biệt giữa 
ngắn mạch và quá tải, đồng 
thời nâng cao độ nhạy về 
dòng của bảo vệ dòng cực 
đại, người ta dùng sơ đồ bảo 
vệ dòng có kiểm tra áp (hình 
2.21). Khi ngắn mạch thì 
dòng điện tăng và điện áp 
giảm xuống do vậy cả rơle 
dòng RI và rơle áp RU đều 
khởi động dẫn đến cắt máy 
cắt. Trong trường hợp này, 
dòng khởi động của bảo vệ 
được tính theo biểu thức: 
I k
k
IKÂ at
tv
lv= max 
Hinh 2.21 : Sơ đồ nguyên lí 1 pha của 
bảo vệ dòng có kiểm tra áp 
Trong biểu thức trên không cần kể đến kmm vì sau khi cắt ngắn mạch ngoài các động 
cơ tự khởi động nhưng không làm điện áp giảm nhiều, các rơle RU không khởi động và 
bảo vệ không thể tác động được. 
Rõ ràng là khi không kể đến hệ số kmm thì dòng khởi động của bảo vệ dòng có kiểm 
tra áp sẽ nhỏ hơn nhiều so với dòng khởi động của bảo vệ dòng cực đại và tương ứng độ 
nhạy được nâng cao đáng kể.