Chương 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI RƠLE
2.1.1. Các bảo vệ chống ngắn mạch
- Rơle so lệch sẽ so sánh biên độ và góc pha của 2 hoặc 3 tín hiệu thứ cấp của cuộn biến dòng đặt ở các phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Khi biên độ hoặc góc pha của 2 véc tơ dòng điện thứ cấp máy biến dòng đặt ở các phía máy biến áp không bằng nhau, thì rơle so lệch dòng điện tác động. Rơle so lệch chỉ tác động khi sự cố ở trong khoảng các máy biến dòng cấp tín hiệu cho rơle so lệch.
- Dòng điện sơ cấp ở hai (hoặc nhiều) phía của máy biến áp thường khác nhau về trị số và về góc pha.Vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thường, người ta sử dụng máy biến
dòng trung gian BIG có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỉ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện đưa vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau.
- Một đặc điểm nữa của bảo vệ so lệch máy biến áp là dòng điện từ hoá của máy biến áp sẽ tạo nên dòng điện không cân bằng chạy qua rơle. Trị số quá độ của dòng điện không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ đóng máy biến áp không tải hoặc cắt ngắn mạch ngoài. Vì vậy, người ta sử dụng bảo vệ so lệch có hãm để giảm dòng điện từ hoá của máy biến áp.
87T 87T 87T
Máy biến áp
Máy biến dòng Máy biến dòng
Cuộn hãm
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp 3 cuộn dây HM-hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hoá máy biến áp
- Ngoài ra, tuỳ theo tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ cần sử dụng những biện pháp để loại trừ ảnh hưởng của dòng điện thứ tự không khi trung tính của cuộn dây máy biến áp nối đất và có ngắn mạch chạm đất xảy ra trong hệ thống. Gần đây, trong các rơle so lệch hiện đại người ta có thể thực hiện việc cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch.
Hình 2.5: Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 3 cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian BIG
- Giả sử phía cuộn dây 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2, 3 nối với phụ tải. Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có:
S1 S2 S3
. . .
I I I
Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng:
lv t1 t2 t3
. . . .
I I (I I ) Các dòng điện hãm: I.h1I.t1I.t2
h2 t3
. .
I I
- Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ:
h t1 t2 t3 H
. . . .
I I I I .K
Trong đó: KH 0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.
- Ngoài ra để ngăn chặn tác động sai dòng điện ảnh hưởng của dòng điện từ hoá khi đóng máy biến áp không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hoá IHM.
- Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện: H lv
. .
I I
b) Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51)
- Bảo vệ quá dòng điện thường được dùng làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để chống các dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp.
- Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dòng điện danh định của máy biến áp có xét đến khả năng quá tải. Thời gian làm việc của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống.
- Nếu máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều phía thì cần đặt bộ định hướng công suất ở phía nối với nguồn có thời gian tác động bé hơn.
- Dòng khởi động của bảo vệ:
at mm lvmax KẹBV
tv
K .K .I
I K
Trong đó:
Kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động).
Kmm: hệ số mở máy, có thể lấy Kmm= (1.5 ÷ 2,5).
Ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong khoảng (0,85 ÷ 0,95).
Ilvmax: dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định trong chế độ cực đại của hệ thống, thông thường: Ilvmax = (1,05 ÷ 1,2).Iđm
- Dòng chỉnh định của rơle:
+ Phía thứ cấp:
sủ KẹBV cR
I
I K .I
n
Ksủ: hệ số sơ đồ
nI: tỷ số biến dòng của BI - Thời gian tác động:
cR1 Lmax
t t t
L max
t : thời gian bảo vệ lớn nhất của đường dây nối tới thanh cái thứ cấp, kể cả máy cắt phân đoạn hoặc liên lạc.
+ Phía sơ cấp: thường phân cấp thời gian
* Cấp 1: cắt máy cắt thứ cấp
cR1.1 cR1
t t t
* Cấp 2: cắt tất cả các máy cắt của máy biến áp
cR1.2 cR1.1
t t t
c) Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất (50N)
Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất đơn giản nhất đặt ở máy biến áp có trung tính nối đất được trình bày trên hình 2.6 sơ đồ dùng một máy biến dòng đặt trên dây trung tính của máy biến áp và một rơle quá dòng với dòng điện khởi động:
kủ dủ
I (0,2 0,4).I
Trong đó: Idđ là dòng điện danh định của máy biến áp.
I0>
Thùng biến áp
Cách điện
Hình 2.6: Bảo vệ chống chạm đất và chạm thùng máy biến áp
Sơ đồ hình 2.6 được sử dụng để bảo vệ chống chạm vỏ máy biến áp.Trong trường hợp này thùng máy biến áp được cách điện đối với đất và máy biến dòng được đặt trên dây nối giữa thùng và với đất. Bình thường khi không có chạm vỏ (thùng) dòng điện đi qua biến dòng bằng không nên có thể chỉnh định dòng khởi động của bảo vệ với trị số khá bé và bảo vệ có độ nhạy cao.