Bảo vệ hệ thống điện

BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử. Các sự cố thường kéo theo hiện tượng dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp. Điều này làm rối loạn hoạt động bình thường của hệ thống. Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và hộ tiêu thụ cần nhanh chóng phát hiện sự cố và cách ly nó ra khỏi hệ thống. Thiết bị bảo vệ rơle là loại thiết bị tự động bảo vệ có chức năng thực hiện nhiệm vụ trên. Ngoài ra hệ thống điện còn có thể bị hư hại nghiêm trọng khi bị sét đánh, hệ thống chống sét có nhiệm vụ giảm thiểu các hư hỏng khi có sét đánh vào các phần tử điện. Chương này sẽ giới thiệu một cách khái quát hai loại bảo vệ trên. 8.1. Bảo vệ relay: 8.2.1. Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ rơle: Các bảo vệ rơle cần phải thỏa mãn một số chỉ tiêu kỹ thuật nhất định:  Tính nhanh chóng: nhằm cắt nhanh vùng sự cố khỏi hệ thống, giảm thiểu các hư hỏng.  Tính lựa chọn: cắt đúng vùng sự cố khỏi hệ thống.  Tính đảm bảo: bảo vệ phải tác động khi cần, không tác động sai hoặc tác động không đúng lúc.  Độ nhạy: tác động gần với trị số được chỉnh định sẽ hoạt động, trị số tác động càng sát chỉnh định thì độ nhạy càng cao.  Độc lập với các điều kiện vận hành: bảo vệ phải hoạt động đúng trong các điều kiện vận hành khác nhau. Ngoài ra, hệ thống bảo vệ phải đạt yêu cầu về kinh tế, gọn nhẹ, linh hoạt trong việc thay đổi tính năng Theo lịch sử phát triển từ các rơle điện cơ đến rơle điện tử và ngày nay là sự kết hợp với sự điều khiển của máy tính các hệ thống bảo vệ ngày càng được hoàn thiện. 8.2.2. Những bảo vệ chính bằng rơle: a) Bảo vệ dòng điện: tác động trong trường hợp dòng điện của mạch bảo vệ tăng lên do quá tải hay ngắn mạch. Rơle sẽ tác động khi dòng điện trong mạch tăng quá một giá trị được xác định, gọi là dòng điện khởi động – ký hiệu IkđBv, dòng này phải lớn hơn dòng định mức cũng như dòng phụ tải cực đại của mạch. Như vậy dòng khởi động rơle CT kdBv kdR II n  với nCT là tỷ số biến dòng điện. b) Bảo vệ điện áp: bảo vệ điện áp cực tiểu và cực đại là hai loại rơle bảo vệ điện áp.  Bảo vệ điện áp cực tiểu: là bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp điện áp giảm đi do xuất hiện dòng ngắn mạch hay có sự cố. Bảo vệ sẽ tác động khi điện áp của mạch nhỏ hơn điện áp khởi động bảo vệ UkđBv, điện áp này nhỏ hơn điện áp định mức và điện áp nhỏ nhất của mạng. Điện áp khởi động rơle PT kdBv kdR UU n  với nPT là tỷ số biến điện áp.  Bảo vệ điện áp cực đại: là bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp điện áp tăng quá điện áp khởi động của bảo vệ, ít sử dụng chủ yếu ở các nhà máy thủy điện và các đường dây điện áp rất cao. c) Bảo vệ có hướng: kết hợp với các bảo vệ khác nhằm tăng tính chọn lọc cho các bảo vệ. Hoạt động nhờ xác định độ lệch pha giữa vectơ dòng điện và điện áp. d) Bảo vệ so lệch: bảo vệ này tác động khi xuất hiện sự sai lệch giữa những giá trị của dòng điện từ hai đầu của vùng được bảo vệ. Ở trạng thái làm việc bình thường, hiệu dòng điện qua hai biến dòng bằng 0, nếu ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ thì hiệu này sẽ khác 0 và rơle sẽ tác động bảo vệ. e) Bảo vệ khoảng cách: bảo vệ này thực hiện bằng rơle tổng trở, rơle tác động khi tổng trở của mạch bảo vệ được bảo vệ bị giảm. Bình thường tổng trở mạch cao, khi có ngắn mạch thì điện thế giảm trongkhi dòng điện lại tăng do đó tỷ lệ Z= U/I giảm một cách đáng kể, khi đó rơle tổng trở sẽ tác động. f) Bảo vệ bằng rơle nhiệt: khi nhiệt độ tăng cao thường khi có ngắn mạch hay quá tải đối với các phần tử điện, rơle nhiệt sẽ tác động, thường được dùng cho các động cơ điện. g) Bảo vệ bằng rơle hơi: là rơle thường được trang bị cho các máy biến áp dầu công suất lớn. Rơle này lắp trên đường ống nối giữa máy biến áp và thùng dầu phụ. Khi có sự cố trong máy biến áp thì tốc độ hơi dầu đi qua trong ống nối tăng có thể làm nghiên rơle có thể gây đóng các tiếp điểm đặt trên rơle, nếu nhẹ thì đóng tiếp điểm báo động trường hợp nặng đi tác động cắt máy biến áp. Sau đây là bảng giới thiệu mã số của một số rơle thông dụng: Mã số Rơle Mã số Rơle 21 Bảo vệ khoảng cách 51 Bảo vệ quá dòng có thời gian 27 Bảo vệ điện áp giảm 67 Bảo vệ quá dòng có hướng 32 Rơle định hướng công suất 79 Tự động đóng trở lại (TĐL) 40 Rơle bảo vệ mất từ trường 81 Rơle tần số 49 Bảo vệ quá nhiệt 87 Bảo vệ so lệch 50 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 96B Rơle khí Buchholz