MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ RƠLE Mục tiêu: - Trình bày đƣợc nhiệm vụ của bảo vệ, các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ. - Phân biệt đƣợc các phần tử chính của sơ đồ điện bảo vệ rơle; Biểu diễn đƣợc rơle trong các sơ đồ nối dây - Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị Nội dung chính: 1. Nhiệm vụ của bảo vệ Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống điện (HTĐ) nào cần phải kể đến khả năng phát sinh hƣ hỏng và các tình trạng làm việc không bình thƣờng trong HTĐ ấy. Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong HTĐ.
Hậu quả của ngắn mạch là: - Sụt thấp điện áp ở một phần tử của HTĐ - Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện - Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ. - Phá hủy ổn định của HTĐ Ngoài các loại hƣ hỏng, trong HTĐ còn có các tình trạng làm việc không bình thƣờng. Một trong những tình trạng làm việc không bình thƣờng là quá tải. dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá hủy.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể thực hiện các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hƣ hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ những tình trạng làm việc không bình thƣờng có khả năng gây nguy hiểm cho thiết bị và hộ tiêu dùng Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hoạt động trong HTĐ cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hƣ hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hƣ hỏng và cắt phần tử bị hƣ hỏng ra khỏi HTĐ. Thiết bị này đƣợc thực hiện nhờ những khí cụ tự động có tên gọi là role. Thiết bị bảo vệ đƣợc thực hiện nhờ rơle gọi là thiết bị bảo vệ role (BVRL) Nhƣ vậy nhiệm vụ chính của BVRL là tự động cắt phần tử hƣ hỏng ra khỏi HTĐ. Ngoài ra thiết bị BVRL còn ghi nhận và phát hiện ra những tình trạng làm việc không bình thƣờng của các phần tử trong HTĐ, tùy mức độ mà BVRL có thể tác động đi báo các tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt.
Những thiết bị BVRL phản ứng với tình trạng làm việc không bình thƣờng thực hiện tác động sau một hời gian duy trì 12 nhất định (cần phải có tính tác động nhanh nhƣ ở các thiết bị BVRL chống hƣ hỏng) 2. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ 2. Yêu cầu đối với bảo vệ chống ngắn mạch 2. Tính chọn lọc Khả năng của BV chỉ cắt phần hƣ hỏng khi NM đƣợc gọi là tính chọn lọc.
Đối với ví dụ trên hình 1.1, yêu cầu này đƣợc thực hiện nhƣ sau: khi ngắn mạch (NM) tại điểm N1,máy cắt MC3 là máy cắt ở gần chỗ sự cố nhất đƣợc cắt ra, nhờ vậy các phụ tải không nối vào đƣờng dây hƣ hỏng vẫn đƣợc nhận điện. Khi NM tại điểm N2, đƣờng dây sự cố II đƣợc cắt ra từ hai phía nhờ MC1 và MC2, còn đƣờng dây I vẫn làm việc, vì vậy toàn bộ các hộ tiêu thụ vẫn nhận đƣợc điện. Yêu cầu tác động chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho các hộ tiêu thụ. Nếu BV tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng.
Tác động nhanh Tính tác động nhanh của BV là yêu cầu quan trọng khi có NM bên trong của thiết bị. Bảo vệ tác động càng nhanh thì: - Đảm bảo tính ổn định làm việc song song của các máy phát trong hệ thống, làm giảm ảnhhƣởng của điện áp thấp lên các phụ tải. - Giảm tác hại dòng NM tới các thiết bị - Giảm xác suất dẫn đến hƣ hỏng nặng hơn - Nâng cao hiệu quả thiết bị tự đóng lại. Thời gian cắt hƣ hỏng t bao gồm thời gian tác động của (BV) tbv và thời gian cắt của MC tMC:t = tbv + tMC 13 Đối với các HTĐ hiện đại, thời gian cắt NM lớn nhất cho phép theo yêu cầu đảm bảo tính ổn định rất nhỏ.
Ví dụ đối với đƣờng dây tải điện 300 ÷ 500kV, cần phải cắt sự cố trong vòng 0,1 ÷ 0,12 giây (s) sau khi NM xuất hiện, còn trong mạng 110 ÷ 220kV thì trong vòng 0,15 ÷ 0,3s. Trong các mạng phân phối 6, 10, 15kV ở cách xa nguồn thời gian cắt sự cố cho phép lên tới 1,5 ÷ 3s. Muốncắt nhanh NM cần giảm thời gian tác động của BV và MC. Hiện dùng phổ biến các MC có tMC= 0,15 ÷ 0,06s.
Nếu cần cắt NM với thời gian t = 0,12s bằng MC có tMC= 0,08s thì thời gian tác động của BV không đƣợc vƣợt quá 0,04s (hai chu kỳ). Bảo vệ có thời gian tác động dƣới 0,1s đƣợc xếp vào loại tác động nhanh. Loại BV tác động nhanh hiện đại có tBV= 0,01 ÷ 0,04s Việc chế tạo BV vừa tác động chọn lọc, vừa nhanh là vấn đề khó. Các BV này phức tạp và đắt.
Để đơn giản, có thể thực hiện cắt nhanh NM không chọn lọc, sau đó dùng thiết bị tự đóng lại phần bị cắt không chọn lọc. Độ nhạy Trên hình 1.1 ta thấy mỗi BV cần tác động khi sự cố xảy ra trong vùng BV của mình (để bảođảm vừa có BV chính và BV dự trữ tại chỗ). Ví dụ, BV1 và 2 cần tác động khi NM xảy ra trong đoạn DE. Ngoài ra, nó còn cần tác động khi NM xảy ra trong đoạn BC của BV3.
Điều này cần thiết để dự phòng trƣờng hợp NM trên đoạn BC mà BV3 hoặc MC3 này không làm việc. Tác độngcủa BV đối với đoạn kế tiếp đƣợc gọi là dự phòng xa. Mỗi BV cần tác động không chỉ với trƣờng hợp NM trực tiếp mà cả khi NM qua điện trở trung gian của hồ quang. Ngoài ra, nó cần tác độngkhi NM xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu (ở chế độ này một số nguồn đƣợc cắtra và do đó dòng NM có giá trị nhỏ).
Độ nhạy của BV thƣờng đƣợc đánh giá bằng hệ số nhạy knh. Đối với BV cực đại tác động, đại lƣợng theo dõi tăng khi có hƣ hỏng (ví dụ quá dòng điện) thì knh đƣợc xác định Trong đó: INmin - dòng NM nhỏ nhất; Ikđbv- giá trị dòng nhỏ nhất mà BV có thể tác động.Đối với BV cực tiểu tác động khi đại lƣợng theo dõi giảm khi hƣ hỏng (ví dụ điện áp cựctiểu), hệ số knh đƣợc xác định ngƣợc lại bằng trị số điện áp khởi động chia cho điện áp dƣ còn lạilớn nhất khi hƣ hỏng. BV cần có độ nhạy sao cho nó tác động chắc chắn khi NM qua điện trở của hồ quang ở cuối vùng đƣợc giao BV trong chế độ cực tiểu của hệ thống. Độ tin cậy Độ tin cậy thể hiện yêu cầu BV phải tác động chắc chắn khi NM xảy ra trong vùng đƣợc giao BV và không đƣợc tác động đối với các chế độ mà nó không có nhiệm vụ tác động.
Đây là yêu cầu rất quan trọng. Một BV nào đó hoặc không tác động hoặc tác động nhầm rất có thể dẫn đến hậu quả là số phụ tải bị mất điện nhiều hơn hoặc làm cho sự cố lan tràn. Ví dụ, khi NM tại điểm N2 trên hình 1.1 mà BV không tác động cắt MC1 và MC2 đƣợc thì các BV dự phòng xa khác số cắt nguồn II MC4, MC5 và trạm B nhƣ vậy BV không tin cậy, làm mất điện nhiều, gây thiệt hại kinh tế.Để BV có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số lƣợng rơle và tiếp xúc, cấu tạo đơngiản, chế độ và lắp ráp đảm bảo chất lƣợng, đồng thời kiểm tra thƣờng xuyên trong quá trình vận hành. Yêu cầu đối với bảo vệ chống các chế độ làm việc không bình thƣờng Tƣơng tự BV chống NM, các BV này cũng cần tác động chọn lọc, nhạy và tin cậy.
Yêu cầu tác động nhanh không đề ra. Thời gian tác động của BV loại này cũng đƣợc xác định theo tínhchất và hậu quả của chế độ làm việc không bình thƣờng. Thông thƣờng các chế độ này xảy ra chốc lát và tự tiêu tan, ví dụ hiện tƣợng quá tải ngắn hạn khi khởi động động cơ không đồng bộ.Trƣờng hợp này nếu cắt ngay sẽ làm phụ tải mất điện. Vì vậy, chỉ cần cắt thiết bị khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thƣờng nếu có nguy cơ thực tế đối với thiết bị đó, nghĩa là sau khoảng thời gian nhất định.
Trong nhiều trƣờng hợp, nhân viên vận hành có nhiệm vụ loại trừ chế độ khôngbình thƣờng và nhƣ vậy chỉ cần yêu cầu BV báo tín hiệu. Các phần tử chính của sơ đồ điện bảo vệ role Trong trƣờng hợp tổng quát, sơ đồ BV gồm 2 phần tử chính: phần tử đo lƣờng và phần tử logic (H 1. Cụm phần tử đo lƣờng Gồm các rơle chủ yếu làm nhiệm vụ liên tục thu nhiều tin tức (sự cố ngắn mạch và các tình trạng làm việc không bình thƣờng khác của hệ thống điện) rồi gửi tín hiệu đến cụm logic Trong cụm này có các rơle sau: - Rơle dòng điện: RI - Rơle điện áp: RU - Rơle tổng trở: RZ - Rơle công suất: RW - Rơle nhiệt: RN (OL) 3. Cụm logic Cụm này làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu do cụm đo lƣờng đƣa tới.
Nếu tín hiệu phù hợp với chƣơng trình đặt trƣớc nó phát tín hiệu điều khiển. Trong cụm này có các rơle sau: - Rơle thời gian: RT - Rơle trung gian: RG - Rơle tín hiệu: Th 16 4. Cách biểu diễn rơle và các sơ đồ trên hình vẽ 4. Phƣơng pháp biểu diễn 4.
Phƣơng pháp 1 Rơle đƣợc coi nhƣ một thiết bị tổng hợp và đƣợc biểu diễn bằng hình vuông với nửa vòng tròn phía trên Cuộn dây rơle thƣờng ko vẽ và đặt phía trong phần hình vuông Tiếp điểm của rơle đƣợc vẽ ở nửa vòng tròn phía trên Những chữ cái trong hình vuông đặc trƣng cho loại rơle Ví dụ: Còn đối với những sơ đồ bảo vệ phức tạp, để xét nguyên lý tác động của bảo vệ đƣợc dễ dàng ngƣời ta thƣờng dùng sơ đồ khai triển theo phƣơng pháp thứ 2 4.