Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 6: Bảo vệ khoảng cách

 xét trên, tức là IR là 
dòng pha thì : ZR = Z1.l + (I0/IR).(Z0 - Z1).l . Lúc đó tổng trở ZR phụ thuộc không những 
vào khoảng cách l mà còn vào tỷ số I0/Ip. Tỷ số này có thể thay đổi trong phạm vi rộng khi 
thay đổi chế độ làm việc của hệ thống. Chính điều đó làm cho hạn chế khả năng ứng dụng 
của sơ đồ. 
VIII. Sơ đồ sử dụng một rơle tổng trở có chuyển mạch ở 
mạch điện áp để tác động khi ngắn mạch nhiều pha : 
Sơ đồ được thực hiện nhờ rơle tổng trở 1RZ nối vào hiệu dòng hai pha (theo hình 
6.12, ) và điện áp tỷ lệ hoặc bằng áp dư của nhánh ngắn mạch khi ngắn mạch 
giữa các pha. Các bộ phận khởi động dòng 2RI và 3RI nối vào dòng pha làm nhiệm vụ xác 
định dạng ngắn mạch và tự chuyển mạch điện áp. 
I I IR a
. . .= − c
Khi N(3) hay , rơle 2RI và 3RI khởi động đưa áp UNAC
( )2
ac đến rơle 1RZ. Vì vậy: 
Z
I Z l
I
Z l
Z I Z l
I
Z l
R
Rac
( )
( )
( )
( )
( )
( )
.
.
3
3
1
3 1
2
2
1
2 1
3
3
2
2
= =
= =
Khi đưa đến 1RZ là dòng 1 pha, tương ứng là . N NAB BC
( ) ( ),2 2 I Ia c
. .
, −
Để ZR có được giá trị tỷ lệ với khoảng cách l, áp đưa đến rơle phải giảm 2 lần nhờ 
điện trở phụ (hình 6.12a) hoặc biến áp tự ngẫu (hình 6.12b). Sơ đồ hình 6.12b cần thiết đối 
với những rơle tổng trở làm việc theo cả giá trị và góc lệch pha giữa UR và IR (ví dụ rơle 
tổng trở có hướng, hình 6.6b). 
Hình 6.12 : Sơ đồ nối một rơle tổng trở có chuyển mạch ở mạch điện áp 
để tác động khi ngắn mạch giữa các pha. 
a. dùng điện trở phụ b. dùng biến áp tự ngẫu 
Như vậy, khi ta có: NAB
( )2
 53
Z U
I
I Z l
I
Z lRab ab
a
a
a
( )
( )
( )
( )
( )
, ,2
2
2
2
1
2 1
05 052= = = 
Như vậy, có thể đảm bảo ZR như nhau đối với tất cả những dạng ngắn mạch giữa các 
pha. Tuy nhiên , khi hoặc thì dòng phụ tải qua pha không hư hỏng (tương ứng 
là dòng pha C hoặc A) sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle. 
NAB
( )2 NBC
( )2
Trị số ZR cũng có thể sai lệch do bộ phận khởi động làm việc không đúng (chỉ có 
một rơle RI khởi động) trong trường hợp dòng ngắn mạch gần với dòng khởi động của 
chúng. Lúc đó, tổng trở ZR có thể giảm nhiều do đưa tới rơle tổng trở một điện áp giảm 
thấp (trường hợp giới hạn giảm hai lần). 
Ưu điểm của sơ đồ là tương đối đơn giản và chỉ dùng một rơle tổng trở. Tuy nhiên, 
xét đến những nhược điểm nêu trên và nhiều nhược điểm khác, sơ đồ chỉ hạn chế áp dụng, 
chẳng hạn như, cho bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha đường dây cụt. 
IX. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ 
khoảng cách: 
IX.1. Ảnh hưởngcủa điện trở quá độ đến đến sự làm việc của bộ phận 
khoảng cách : 
Anh hưởng của điện trở quá độ rqđ đến sự làm việc của bộ phận khoảng cách được 
xét đối với mạng hở có nguồn cấp từ hai phía (hình 6.13) 
Ở đầu cực rơle tổng trở đặt ở đường dây AB về phía trạm A (ví du, nối với áp dây và 
hiệu dòng pha) khi N(2) qua rqđ ở đầu đường dây BC sẽ có tổng trở bằng : 
Z U
I
I Z l I r
I
Z l I
I
r
Z l I
I
r e
RA
d
d
NAB AB N qâ
NAB
AB
N
NAB
qâ
AB
N
NAB
qâ
j
= = + = +
= +
.
.
. .
.
.
.
1
1
1
α
 (6.13)
trong đó: α - góc lệch pha giữa dòng IN ở điểm hư hỏng và dòng INAB. 
Hình 6.13 : Ảnh hưởng của 
điện trở quá độ đến sự làm 
việc của rơle tổng trở. 
a) sơ đồ mạng 
b) tổng trở ở đầu cực rơle 
 54
Tương tự đối với rơle tổng trở nối vào đường dây BC về phía trạm C khi hư hỏng ở 
cùng điểm đó : 
Z Z l I
I
r Z l I
I
r eRC BC
N
NBC
qâ BC
N
NBC
qâ
j= + = +1 1
.
.
β 
β - góc lệch pha giữa dòng IN và dòng INBC trong đường dây BC, nếu β dương và IN vượt 
trước INBC , thì góc α sẽ âm vì IN chậm sau INAB . 
Tổng trở ở đầu cực rơle của đường dây BC đặt về phía trạm B, dù khoảng cách từ 
nó đến điểm ngắn mạch bằng 0, vẫn có một giá trị hữu hạn: 
Z I
I
rRB
N
NAB
qâ=
.
. 
Các biểu thức nói trên cho thấy điện trở qúa độ rqđ trong trường hợp chung làm sai 
lệch sự làm việc của các rơle tổng trở, tổng trở ZR ở đầu cực của chúng sẽ không còn tỷ lệ 
với khoảng cách l đến điểm hư hỏng. 
Tổng trở ở đầu cực rơle tăng lên do rqđ làm cho điểm ngắn mạch như là lùi xa hơn và 
bảo vệ có thể tác động với thời gian lớn hơn của cấp sau, ví dụ cấp II thay vì cấp I. Như 
vậy, do ảnh hưởng của rqđ bảo vệ khoảng cách sẽ có thể tác động chậm hơn nhưng vẫn 
không mất tính chọn lọc. 
IX.2. Ảnh hưởng của trạm trung gian: 
Trên hình 6.17a là một phần của mạng điện, xét ngắn mạch xảy ra ở đoạn BD cách 
thanh góp B một khỏang l. Qua các đoạn AB và CB có dòng IAB và ICB. Dòng ngắn mạch 
trên đoạn hư hỏng BD là: 
 I I IBD AB CB
. . .= +
Khi ngắn mạch nhiều pha, tổng trở ở đầu cực rơle tổng trở đặt về phía trạm A của 
đường dây AB là : 
Z I Z l I Z l
I
Z l I
I
Z l
Z l
K
Z l
RA
AB AB BD
AB
AB
BD
AB
AB
I
= + = +
= +
. .
.
.
.
.
. . . . . .
. . .
1 1
1 1
1 1
1
.
D
 (6.14) 
trong đó: K I II AB B
. . .
/=
Như vậy, tổng trở ở đầu cực rơle A được xác định không những bằng vị trí của 
điểm hư hỏng, mà còn bằng hệ số phân bố dòng, hệ số này đặc trưng cho phần dòng 
của đoạn hư hỏng đi qua đoạn không hư hỏng. 
Trong tính toán thực tế, thường bỏ qua góc lệch pha giữa các dòng và coi KI là số 
thực. Lúc ấy, nếu KI <1 thì tổng trở ZRA sẽ tăng lên, nghĩa là rơle tại trạm A sẽ đo được 
một tổng trở lớn hơn tổng trở thực tế và bảo vệ sẽ không tác động nhầm. Tuy nhiên nếu KI 
>1, ví dụ khi đường dây đơn nối với hai đường dây song song (hình 6.17b), bảo vệ A có 
thể tác động nhầm; để đảm bảo tác động chọn lọc của bảo vệ A trong trường hợp này, tổng 
trở khởi động của rơle tổng trở cấp II cần được tính chọn có xét đến sự giảm thấp của ZRA 
do ảnh hưởng của trạm trung gian. 
 55
Hình 6.17 : Anh hưởng của hệ số phân bố dòng KI đến 
sự làm việc của rơle tổng trở đặt tại trạm A. 
a) KI 1 
IX.3. Ảnh hưởng của tổ nối dây máy biến áp: 
Khi giữa chỗ nối bảo vệ và điểm ngắn mạch có thêm các máy biến áp có tổ nối dây 
Y/Y (hay máy biến áp tự ngẫu), rơle tổng trở sẽ làm việc đúng, chỉ khác là giá trị ZR ở đầu 
cực rơle là tổng của tổng trở các đoạn đường dây và các máy biến áp tương ứng. 
Vấn đề đáng quan tâm ở đây là trường hợp các máy bién áp có tổ nối dây Y/∆ hoặc 
∆/Y, chúng sẽ có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của các rơle tổng trở khi xảy ra ngắn 
mạch hai pha. 
Hình 6.18 : Anh hưởng của máy biến áp có tổ nối dây Y/∆ 
đến sự làm việc của rơle tổng trở. 
Khi ngắn mạch giữa các pha A và C sau máy biến áp nối Y/∆ -11 (hình 6.18), ta có 
thể tính được tổng trở ở đầu cực các rơle nối vào dòng và áp giữa các pha đặt trên đường 
dây về phía nguồn cung cấp như sau : 
ZRab = ∞ (dòng các pha A,B bằng nhau, Iab = 0) 
ZRbc = Z1l + ZB - j
3
3 2 1
( )Z Z l ZH B+ + 
ZRca = Z1l + ZB + j
3
3 2 1
( )Z Z l ZH B+ + 
trong đó :Z2H - tổng trở thứ tự ngịch của nguồn cung cấp 
ZB - tổng trở của máy biến áp 
Z1l - tổng trở đường dây (coi Z1 = Z2). 
Các biểu thức trên cho thấy, rơle tổng trở của bảo vệ đường dây có ZR tăng lên (so 
với Z1l + ZB) và bảo vệ sẽ không tác động nhầm. 
 56
IX.4. Ảnh hưởng của sai số BI và BU: 
Sai số của BI là do mạch từ BI bị bảo hòa, làm giảm dòng thứ cấp so với giá trị xác 
định theo tỷ số biến đổi định mức. Điều đó làm giảm chiều dài vùng bảo vệ. Vì vậy, BI 
được kiểm tra theo đường cong sai số 10% đối với giá trị cực đại của dòng điện khi ngắn 
mạch ở cuối vùng bảo vệ thứ nhất. 
Sai số về áp được quyết định bởi độ chính xác của bản thân BU cũng như do áp 
rơi trên các dây nối. Thường dùng các BU có công suất khá lớn, sai số của chúng nằm 
trong phạm vi cho phép. Tuy nhiên, nếu từ BU đến chổ đặt bảo vệ có khoảng cách lớn 
thì thường phải dùng các dây dẫn phụ tiết diện lớn để giảm tổn thất điện áp trong 
chúng. 
X. Đánh giá và lãnh vực ứng dụng của bảo vệ khoảng 
cách : 
X.1. Tính chọn lọc : 
Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ đảm bảo cắt chọn lọc hư hỏng trong các 
mạng có hình dáng bất kỳ với số nguồn cung cấp tùy ý. 
X.2. Tác động nhanh : 
Tác động không thời gian chỉ được thực hiện đối với cấp I của bảo vệ, bao bọc không 
quá 85% chiều dài phần tử được bảo vệ. Khi tính đến tác động của các bảo vệ về hai phía 
của đường dây, sẽ có không ít hơn 30% chiều dài của đường dây mà khi hư hỏng xảy ra 
trong đó được cắt về một trong hai phía với thời gian của cấp II (thường là vào khoảng 0,5 
sec). Thời gian cắt ngắn mạch kéo dài như vậy, dù là ngắn mạch ở xa thanh góp của trạm, 
đôi khi là không cho phép. Để đánh giá khả năng cho phép cắt ngắn mạch với thời gian 
làm việc của cấp II, có thể sử dụng tiêu chuẩn điện áp dư Udư trên thanh góp của trạm. 
Cắt với thời gian cấp II được coi là cho phép, nếu trong tình trạng cắt không đồng thời 
ngắn mạch 3 pha (hình 6.27) ở đầu vùng II của bảo vệ có : 
U Z l Idæ N âm
( ) ( ), . . . . , .3 1
3085 3 0 6= ≥ U 
X.3. Độ nhạy : 
Độ nhạy của bảo vệ trước hết được xác định bởi các bộ phận khởi động của nó. 
Trong đa số trường hợp, độ nhạy đối với ngắn mạch trên đoạn được bảo vệ là đảm bảo 
được. Tuy nhiên, độ nhạy của bảo vệ khi làm nhiệm vụ dự trữ cho các hư hỏng ở đoạn kề 
có thể không đạt yêu cầu. 
Hình 6.27 : Điều kiện tính toán để kiểm tra điện áp dư 
khi có ngắn mạch trong mạng điện 
 57
X.4. Tính đảm bảo : 
Ngay cả những sơ đồ bảo vệ hiện đại đều bao gồm một số lượng đáng kể các bộ phận 
phức tạp cần thiết cho việc khởi động nhằm để bảo vệ làm việc đúng đắn. Điều đó sẽ làm 
phức tạp sự vận hành các bảo vệ và có thể làm mất khả năng làm việc đúng đắn của bảo 
vệ. 
Mặc dù có một số nhược điểm đã phân tích ở trên, nguyên tắc khoảng cách vẫn được 
sử dụng rộng rãi trong thực tế để thực hiện các bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha. Điều 
này được giải thích là do chỉ có sử dụng nguyên tắc này mới có thể thực hiện được các bảo 
vệ cắt chọn lọc các đoạn đường dây và thanh góp của các trạm kề khi ngắn mạch nhiều pha 
trong các mạng có hình dáng bất kỳ. Bảo vệ khoảng cách cũng được dùng làm dự trữ khi 
sử dụng các bảo vệ dọc (như bảo vệ so lệch dọc, bảo vệ tần số cao) làm nhiệm vụ bảo vệ 
chính tác động không thời gian trên toàn bộ chiều dài của phần tử được bảo vệ.