TÍNH TOÁN CÁC BẢO VỆ SO LỆCH

Biến dòng cho bảo vệ so lệch:

Như đã nói ở trên với bảo vệ so lệch MBA sơ đồ đấu dây BI được chọn để có thể bù sự lệch pha giữa dòng điện ở các phía MBA do tổ đấu dây MBA gây ra. Ví dụ MBA có tổ đấu dây Δ/Y-11 thì dòng thứ cấp lệch 30⁰ so với dòng sơ cấp. Để dòng điện thứ cấp MBA không lệch pha nhau, người ta nối mạch thứ cấp của BI ngược lại, nghĩa là phía nối sao của MBA người ta nối BI theo kiểu Δ và ngược lại. Mục đích là tránh dòng không cân bằng quá lớn chạy qua bảo vệ so lệch trong trạng thái làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch ngoài có thể làm cho bảo vệ tác động nhầm. Sơ đồ đấu dây BI theo các cách đấu các cuộn dây MBA khác nhau như hình 2.22.

* Ví dụ cách chọn máy biến dòng: máy biến áp hai cuộn dây S_đm= 20 MVA, U_đm =110 Kv/ 6 Kv, tổ nối dây MBA Y/Δ -11.

+ Chọn máy biến dòng cấp điện áp 110 Kv, mạch thứ cấp BI nối Δ nên dòng điện cuộn dây bằng dòng điện pha. Do vậy dòng điện tính toán để chọn BI phía cao áp bằng:

$I_{\text{sC}}=\frac{\sqrt{3}\text{.}{S}_{\text{đm}}}{\sqrt{3}\text{.}{U}_{\text{đm}}}=\frac{\sqrt{3}\text{.}\text{20}\text{.}{\text{10}}^3}{\sqrt{3}\text{.}\text{110}}=\text{181,8 A}$

Chọn loại biến dòng 200/5 A.

+ Chọn biến dòng phía hạ 6 kv. Mạch thứ cấp BI nối sao. Dòng điện tính toán để chọn BI phía hạ áp bằng:

$I_{\text{Sh}}=\frac{S_{\text{đm}}}{\sqrt{3}\text{.}{U}_{\text{đm}}}=\frac{\text{20}\text{.}{\text{10}}^3}{\sqrt{3}\text{.}6}=\text{1937 A}$

Chọn biến dòng loại 2000/5 A.

Dòng điện thứ cấp BI ở hai phía tương ứng bằng:

$I_{\text{tC}}=\left[\frac{I_{\text{sC}}}{n_I}\right]\text{.}\sqrt{3}=\text{4,55A}$

$I_{\text{tH}}=\frac{I_{\text{sH}}}{n_I}=\text{4,84A}$

Độ chênh lệch dòng điện thứ cấp hai phía bằng :

$\frac{\mid I_{\text{tC}}-I_{\text{tH}}\mid }{I_{\text{tC}}}\text{.}\text{100}=\frac{\mid \text{4,55}-\text{4,84}\mid }{\text{4,55}}\text{.}\text{100}=6\text{.}\text{4\%}$

Gần đây, trong rơle so lệch hiện đại người ta đã thực hiện việc cân bằng pha và trị số dòng điện thứ cấp ở các phía của MBA ngay trong rơle so lệch.

Bảo vệ so lệch dòng điện có sử dụng biến dòng bão hòa trung gian:(Loại PHT)

Trình tự tính toán:

1. Xác định dòng sơ cấp ở tất cả các phía của MBA hoặc biến áp tự ngẫu được bảo vệ. Dòng này được xác định tương ứng công suất định mức (công suất định mức của cuộn dây khỏe nhất) còn đối với MBA tự ngẫu thì tương ứng với công suất truyền qua của nó.

Xác định tỷ số biến dòng dựa vào dòng điện sơ cấp vừa tính ở trên. Theo các tỷ số biến đổi của tổ máy biến dòng tính các dòng thứ cấp tương ứng trong các nhánh của bảo vệ : $I_{\text{IT}}{\text{, I}}_{\text{IIT}}{\text{, I}}_{\text{IIIT}}$

Đôi khi người ta chọn tỷ số biến dòng lớn hơn giá trị tính toán của nó để có thể chọn số vòng dây của BIG gần với giá trị tính toán của nó hơn, do đó làm tăng độ nhạy của bảo vệ.

Lập bảng giá các trị tính toán trên:

STT	Tên gọi các đại lượng
Giá trị bằng số cho phía
$U_C$	$U_T$	$U_H$
1	Dòng sơ cấp các phía của MBA tương ứng với công suất định mức
2	Hệ số biến đổi của BI
3	Tổ nối dây của BI
4	Dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ tương ứng với công suất định mức

Chọn phía có giá trị dòng điện sơ cấp lớn nhất làm phía cơ bản.

2. Xác định dòng ngắn mạch sơ cấp cực đại chạy qua MBA khi ngắn mạch ngoài trong chế độ làm việc cực đại ở tất cả các phía của MBA.

3. Tính toán dòng điện không cân bằng sơ cấp chưa kể đến thành phần $I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$ do chọn số vòng dây không chính xác gây ra.

Dòng không cân bằng sơ cấp toàn phần tính theo công thức sau: $I_{\text{kcbtt}}=I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$ (2-31)

Với:

- $I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}:$ thành phần do sai số của máy biến dòng gây nên:

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}=K_{\text{kck}}\text{.}{K}_{\text{đn}}\text{.}{f}_i\text{.}{I}_{\text{Nng max}}$ (2-32)

K_kck: hệ số kể đến thành phần không chu kỳ trong quá trình quá độ. Đối với rơle PHT có máy biến dòng bão hòa với cuộn dây ngắn mạch, hệ số này lấy bằng 1.

K_đn: hệ số đồng nhất của các máy biến dòng, đối với bảo vệ MBA thường lấy bằng 1.

f_I: sai số cực đại cho phép của BI, f_{I max}= 10%.

$I_{\text{Nngmax}}:$thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch chạy qua MBA khi ngắn mạch ba pha trực tiếp ngoài vùng bảo vệ.

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}:$ thành phần do việc điều chỉnh điện áp của MBA được bảo vệ gây nên.

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}={\mathrm{\Delta U}}_{\alpha }{I}_{\alpha \text{Nng max}}+{\mathrm{\Delta U}}_{\beta }{I}_{\beta \text{Nng max}}$ (2-33)

Trong đó :

ΔU_α, ΔU_β: sai số tương đối do việc điều chỉnh điện áp ở các phía của MBA được bảo vệ lấy bằng nửa khoảng điều chỉnh cho từng phía tương ứng. Đồng thời khi tính số vòng dây của máy biến dòng bão hòa trung gian phải lấy giá trị trung bình của điện áp ở phía có điều chỉnh.

$I_{\alpha \text{Nng max}}$ vaø I_{βNng max}: thành phần chu kỳ của dòng chạy qua phía có điều chỉnh điện áp của MBA khi ngắn mạch ngoài tính toán.

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}:$ thành phần do việc chọn số vòng dây ở các phía không cơ bản không phù hợp với giá trị tính toán của chúng gây nên:

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}=\frac{W_{\text{Itt}}-W_I}{W_{\text{Itt}}}\text{.}{I}_{\text{INng max}}+\frac{W_{\text{IItt}}-W_{\text{II}}}{W_{\text{IItt}}}\text{.}{I}_{\text{IINng max}}$ (2-34)

Trong đó:

W_Itt, W_IItt: số vòng tính toán của các cuộn dây máy biến dòng bảo hòa trung gian đối với các phía không cơ bản xác định theo yêu cầu cân bằng sức từ động khi ngắn mạch ngoài và làm việc bình thường.

$I_{\text{cbT}}\text{.}{W}_{\text{cb}}=I_{\text{IT}}\text{.}{W}_{\text{Itt}}=I_{\text{IIT}}\text{.}{W}_{\text{IItt}}$ (2-35)

W_I ,W_II: các số vòng được chấp nhận (số nguyên) của cuộn dây máy biến dòng bão hòa trung gian ở các phía không cơ bản tương ứng .

Biểu thức (2-33) và (2-34) viết cho MBA ba pha và MBA tự ngẫu. Đối với MBA hai cuộn dây cần bỏ bớt số hạng thứ hai ở vế phải của các biểu thức này.

4. Xác định sơ bộ giá trị dòng khởi động của bảo vệ I_kđ chưa kể đến thành phần $I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$.

Theo điều kiện chỉnh định khỏi giá trị tính toán lớn nhất của dòng không cân bằng tính toán:

$I_{\text{kđ}}\ge K_{\text{at}}\text{.}{I}_{\text{kcbtt}}$ (2-36)

Với K_at: hệ số an toàn kể đến sai số của rơle và độ dự trữ, có thể lấy bằng 1,3.

Theo điều kiện chỉnh định khỏi giá trị nhảy vọt của dòng điện từ hoá khi đóng MBA không tải :

$I_{\text{kđ}}\ge K\text{.}{I}_{\text{đm}B}$ (2-37)

Trong đó: I_đmB là dòng điện định mức tương ứng với công suất định mức của MBA (của cuộn dây có công suất lớn nhất) và với công suất mẫu của MBA tự ngẫu chưa kể đến hệ số nhiệt đới hoá, lấy theo phía cơ bản.

K: là hệ số chỉnh định chọn trong khoảng 1,0 - 1,3 khi tính toán bảo vệ máy biến dòng bão hòa trung gian.

Theo hai điều kiện (a) và (b) ta chọn giá trị lớn nhất làm giá trị tính toán.

5. Sơ bộ kiểm tra độ nhạy để có thể xác định xem có thể dùng rơle PHT được hay không hay phải dùng rơle có đặc tính hãm loại

Để sơ bộ kiểm tra độ nhạy cần xác định dòng ngắn mạch trực tiếp khi hư hỏng xảy ra trên các cực MBA trong tình trạng tính toán. Tình trạng tính toán ở đây cần đề cập đến cả chế độ làm việc của MBA và cả chế độ làm việc của hệ thống.

Hệ số độ nhạy của bảo vệ xác định theo công thức:

$K_n=\frac{I_{\mathrm{R\Sigma }}}{I_{\text{kđR}}}$ (2-38)

trong đó I_rΣ là dòng trong cuộn dây rơle. Dòng này phụ thuộc vào dòng ngắn mạch và sơ đồ nối dây của máy biến dòng. Trên hình 2.23 vẽ sự phân bố dòng điện trong mạch bảo vệ so lệch của MBA 3 cuộn dây đối với một số trường hợp ngắn mạch khác nhau. Để đơn giản, hệ số độ nhạy được xác định với giả thiết là toàn bộ dòng ngắn mạch chỉ chạy từ một phía đến.

I_kđR: dòng khởi động của rơle tương ứng với số vòng ở phía có dòng I_R chạy qua.

Nếu hệ số độ nhạy tính được lớn hơn 2 thì sẽ tiếp tục tính toán cho rơle PHT theo trình tự tiếp theo dưới đây còn không thì có thể không cần tính thành phần I”_kcbtt do điều chỉnh điện áp gây nên với giả thiết là khi thay đổi đầu phân áp ta cũng sẽ thay đổi đại lượng đặt của bảo vệ.

Trong những trường hợp khi đã không tính đến thành phần I”_kcbtt mà bảo vệ vẫn không đảm bảo được độ nhạy cần thiết hoặc là phải bắt buộc kể đến thành phần không cân bằng thì nên dùng các bảo vệ có đặc tính hãm loại (xem mục 3).

Đối với những trường hợp đóng thử MBA vào một phía điện áp nào đó hoặc khi MBA ba cuộn dây (hay tự ngẫu) làm việc trong tình trạng một máy cắt ở phía nào đó đã cắt ra thì có thể cho phép ta hạ thấp yêu cầu về độ nhạy của bảo vệ so lệch. Trong những trường hợp này nếu bảo vệ không đủ độ nhạy thì các bảo vệ khác như bảo vệ rơle hơi, hay bảo vệ dự trữ của MBA sẽ tác động cắt MBA.

6. Xác định số vòng cuộn cơ bản của biến dòng bão hòa trung gian, tương ứng với dòng khởi động của bảo vệ (phía cơ bản là phía có dòng điện thứ cấp BI lớn nhất).

$W_{\text{cbtt}}=\frac{F_{\text{kđR}}}{I_{\text{kđRcb}}}$ (2-39)

Trong đó: I_kđRcb là dòng khởi động của rơle tính qui đổi về phía cơ bản. Nó bằng tỷ số giữa dòng khởi động sơ cấp với hệ số biến đổi của BI ở phía cơ bản có tính đến sơ đồ nối dây, I_kđRcb = K_sđ.(I_kđ / n_I).

Giá trị n_I theo phía cơ bản.

F_kđR: Sức từ động (A-Vòng) khởi động của rơle

Loại PHT-562 F_kđR = 60AV

Loại PHT-565 F_kđR = 100AV

Vì dòng điện ở phía cơ bản là lớn nhất nên số vòng cuộn cơ bản của biến dòng bão hòa trung gian là bé nhất.

Chú thích hình 2.23: Sơ đồ phân bố dòng trong MBA ba cuộn dây và rơle so lệch khi:

a: ngắn mạch 2 pha phía nguồn.

b: ngắn mạch 1 pha phía nguồn.

c: ngắn mạch 2 pha phía cuộn sao.

d: ngắn mạch 3 pha cuộn tam giác.

e: ngắn mạch 2 pha phía cuộn tam giác.

7. Số vòng của các cuộn dây ở các phía khác, xác định từ điều kiện cân bằng sức từ động trong máy biến dòng bão hòa trung gian khi MBA làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài theo biểu thức (2-35):

$I_{\text{cbT}}\text{.}{W}_{\text{cb}}=I_{\text{IT}}\text{.}{W}_{\text{Itt}}=I_{\text{IIT}}\text{.}{W}_{\text{IItt}}$

• Số vòng tính toán phía I:

$W_{\text{Itt}}=W_{\text{cb}}\text{.}\frac{I_{\text{cbT}}}{I_{\text{IT}}}$ (2-40)

• Số vòng tính toán phía II:

$W_{\text{II}\text{tt}}=W_{\text{cb}}\text{.}\frac{I_{\text{cbT}}}{I_{\text{IIT}}}$ (2-41)

Wcb: số vòng cuộn cơ bản của BIG sau khi đã lấy tròn (về phía số nguyên gần nhất) tương ứng với số vòng tính toán thực tế có được của BIG.

Nếu số vòng tính toán W_Itt , W_IItt tính theo (2-40) và (2-41) ra những số lẻ thì lấy về số nguyên gần nhất phía lớn hơn hoặc bé hơn, sao cho dòng điện không cân bằng tổng I_kcb có kể đến thành phần $I_{\text{kcb}}^{\text{'''}}$ (do việc chọn số vòng dây W_I và W_II không phù hợp với giá trị tính toán của chúng gây nên) trong mọi trường hợp ngắn mạch ngoài sẽ không làm cho bảo vệ tác động nhầm.

Cần chú ý rằng đối với loại rơle F_kđR= 100A thì sai số do việc lấy tròn số vòng dây gây nên (thành phần $I_{\text{kcb}}^{\text{'''}}$) nói chung sẽ bé hơn là đối với loại rơle có F_kđR= 60A.

Đối với MBA ba cuộn dây khi số vòng chấp nhận của ba phía khác nhau thì phía cơ bản sẽ nối vào cuộn dây so lệch của BIG còn các phía kia sẽ nối vào cuộn dây cân bằng.

Đối với MBA ba cuộn dây khi số vòng chấp nhận ở hai phía nào đó giống nhau và với MBA hai cuộn dây thì phía cơ bản sẽ nối vào một cuộn dây cân bằng nào đó (hoặc một phần của cuộn dây cân bằng và một phần của cuộn dây so lệch) còn phía kia sẽ nối vào cuộn dây cân bằng còn lại. Cách nối này cho phép ta chọn số vòng dây ở phía cơ bản gần với giá trị tính toán của nó hơn.

8. Xác định giá trị chính xác của dòng không cân bằng sơ cấp của bảo vệ có kể đến thành phần $I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$theo công thức (2-31) và (2-34):

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}=\frac{W_{\text{Itt}}-W_I}{W_{\text{Itt}}}\text{.}{I}_{\text{INng max}}+\frac{W_{\text{IItt}}-W_{\text{II}}}{W_{\text{IItt}}}\text{.}{I}_{\text{IINng max}}$

$I_{\text{kcbtt}}=I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$

9. Xác định giá trị chính xác của dòng khởi động sơ cấp của bảo vệ theo giá trị chính xác của dòng không cân bằng, tính theo biểu thức (2-36). Tính đổi dòng khởi động này sang phía thứ cấp của BI ở phía cơ bản.

Nếu như dòng tính đổi này lớn hơn dòng khởi động của rơle tương ứng với số vòng đã được chấp nhận ở phía cơ bản thì phải chọn lại số vòng ở phía cơ bản về phía bé hơn gần nhất. Sau đó lại tính lại số vòng của các cuộn dây của BIG ở các phía còn lại tương ứng với số vòng ở phía cơ bản vừa được chấp nhận Wcb theo các công thức (2-40), (2-41). Cứ như vậy tính cho đến khi nào dòng khởi động của bảo vệ có kể đến thành phần $I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$ bằng hoặc bé hơn dòng khởi động của bảo vệ đã được chấp nhận mới thôi.

10. Xác định các dòng ngắn mạch sơ cấp và những dòng thứ cấp tương ứng của BI, rồi tính hệ số độ nhạy theo công thức (2-38) hoặc công thức sau:

$K_n=\frac{\sum I_R\text{.}W}{F_{\text{kđ R}}}$ (2-42)

I_R: dòng thứ cấp ở mỗi phía của bảo vệ có kể đến dấu của nó ở dạng ngắn mạch đang khảo sát.

W: số vòng của cuộn dây BIG ở phía tương ứng.

Hệ số độ nhạy Kn phải tính cho tất cả các trường hợp làm việc khác nhau của MBA được bảo vệ cũng như của hệ thống và mạng điện cung cấp, khi có những dạng ngắn mạch khác nhau xảy ra trên cực MBA được bảo vệ.

Khi dùng công thức (2-42) cần phải tính sự phân bố của dòng sự cố và dòng ở các phía của mạch bảo vệ. Khi dùng công thức (2-38) cần xác định dòng trong máy biến dòng BIG của rơle với giả thiết là toàn bộ dòng ngắn mạch chỉ chạy ở một phía cung cấp dòng sự cố lớn nhất ở dạng ngắn mạch đang khảo sát. Nếu tính toán sơ bộ thì dùng công thức (2-38) tiện hơn.

Nếu như độ nhạy tối thiểu nhận được trong tình trạng tính toán bé hơn giá trị cho phép, đồng thời giá trị tính toán của dòng khởi động của bảo vệ lại chọn theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng không cân bằng khi ngắn mạch ngoài thì phải tính toán lại bảo vệ với rơle có đặc tính hãm loại ÔZT.

Bảng tổng hợp giá trị tính toán:

STT	Tên đại lượng tính toán	Ký hiệu và công thức tính	Giá trị bằng số
1	Dòng khởi động của rơle ở phía cơ bản	$I_{\text{kđRcb}}=K_{\text{sđ}}\frac{I_{\text{kđ}}}{n_I}$ (Ikđ khi chưa kể đến $I_{\text{kcb}}^{\text{''''}}$)
2	Số vòng tính toán của cuộn dây máy biến dòng bão hòa trung gian ở phía cơ bản	$W_{\text{cbtt}}=\frac{F_{\text{kđR}}}{I_{\text{kđRcb}}}\text{.}$
3	Số vòng ở phía cơ bản sơ bộ được chấp nhận	$W_{\text{cb}}$
4	Dòng khởi động của rơle ở phía cơ bản tương ứng	$I_{\text{kđRcb}}=\frac{F_{\text{kđR}}}{W_{\text{cb}}}$
5	Số vòng tính toán của cuộn dây máy biến dòng bão hòa trung gian ở phía I	$W_{\text{Itt}}=W_{\text{cb}}\frac{I_{\text{cbT}}}{I_{\text{IT}}}\text{.}$
6	Sơ bộ chọn số vòng phía I	$W_I$
7	Số vòng tính toán của cuộn dây máy biến dòng bão hòa trung gian ở phía II	$W_{\text{IItt}}=W_{\text{cb}}\frac{I_{\text{cbT}}}{I_{\text{IIT}}}\text{.}$
8	Sơ bộ chọn số vòng phía II	$W_{\text{II}}$
9	Thành phần dòng không cân bằng sơ cấp do việc chọn số vòng phía I khác với giá trị tính toán của nó gây nên trong trường hợp ngắn mạch tính toán	$I_{\text{kcbtt}}^{\text{''''}}=\frac{W_{\text{Itt}}-W_I}{W_{\text{Itt}}}\text{.}{I}_{\text{INngmax}}$
10	Dòng không cân bằng tính toán ở phía sơ cấp có kể đến thành phần $I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$	$I_{\text{kcbtt}}=I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$
11	Giá trị chính xác dòng khởi động của sơ cấp của bảo vệ	$I_{\text{kđRcb}}\ge K_{\text{at}}\text{.}{I}_{\text{kcbtt}}$
12	Giá trị chính xác dòng khởi động của sơ cấp của rơle ở phía cơ bản	$I_{\text{kđRcb}}=K_{\text{sđđ}}\frac{I_{\text{kđ}}}{n_I}$
13	Số vòng của các cuộn dây của máy biến dòng bão hòa cuối cùng được chấp nhận	Phía cơ bản WcbPhía I WI Phía II WII

Bảo vệ so lệch dùng BIG có đặc tính hãm :

Chỉ dẫn chung:

1. Rơle loại có một cuộn hãm nằm trong máy biến dòng bão hoà trung gian cho phép ta hãm các bảo vệ bằng dòng điện lấy từ máy biến dòng đặt ở phía nào đó. Đặc tính khởi động của rơle khi có hãm F_lv = f(F_h) phụ thuộc vào góc giữa dòng làm việc I_lv và dòng hãm I_h. Trên (hình 2.25) vẽ đặc tính giới hạn tương ứng của các giá trị hãm lớn nhất và bé nhất.

2. Sơ đồ nối các cuộn dây trong rơle và sơ đồ bảo vệ máy biến áp hai và ba cuộn dây bằng rơle loại trình bày trên hình 2.26a, 2.26b trong đó cuộn hãm được nối tới phía có dòng ngắn mạch lớn hơn.

3. Dùng rơle so lệch có cuộn hãm cho phép ta không cần chỉnh định dòng khởi động theo dòng không cân bằng khi ngắn mạch ngoài. Khi đó sức từ động do cuộn hãm sinh ra sẽ đảm bảo cho bảo vệ rơle không tác động. Vì thế bảo vệ dùng rơle có cuộn hãm thường có độ nhạy cao hơn so với các bảo vệ không có cuộn hãm (loại PHT).

Bảo vệ dùng rơle -1 thường dùng trong trường hợp sau đây:

- Máy biến áp hai hoặc ba cuộn dây có máy cắt trong mạch tự dùng.

- Máy biến áp hai hoặc ba cuộn dây (hay biến áp tự ngẫu), nối vào hệ thống có công suất lớn qua hai máy cắt.

- Máy biến áp ba cuộn dây trong đó một cuộn nối với phía không có nguồn.

4. Để bảo vệ không tác động khi ngắn mạch ngoài trong trường hợp cuộn hãm không làm việc (ví dụ máy cắt nối vào cuộn hãm đã cắt ra) hoặc khi đóng MBA không tải, cần phải chọn dòng điện khởi động theo các điều kiện như đối với bảo vệ PHT:

* Theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng không cân bằng tính toán lớn nhất khi ngắn mạch ngoài:

$I_{\text{kđ}}\ge K_{\text{at}}\text{.}{I}_{\text{kcbtt}}$ (2-43)

trong đó: hệ số an toàn K_at = 1,5.

Dòng không cân bằng tính toán I_kcbtt để chọn dòng khởi động I_kđmin được xác định như rơle PHT.

$I_{\text{kcbtt}}=I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}+I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}$

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{'}}=K_{\text{kck}}\text{.}{K}_{\text{đn}}\text{.}{f}_i\text{.}{I}_{\text{Nng max}}$

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{''}}={\mathrm{\Delta U}}_{\alpha }{I}_{\alpha \text{Nng max}}+{\mathrm{\Delta U}}_{\beta }{I}_{\beta \text{Nng max}}$

$I_{\text{kcbtt}}^{\text{'''}}=\frac{W_{\text{Itt}}-W_I}{W_{\text{Itt}}}\text{.}{I}_{\text{INng max}}+\frac{W_{\text{IItt}}-W_{\text{II}}}{W_{\text{IItt}}}\text{.}{I}_{\text{IINng max}}$

* Theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng từ hoá nhảy vọt khi đóng MBA không tải:

$I_{\text{kđ}}\ge K\text{.}{I}_{\text{đmT}}$ (2-44)

trong đó: hệ số K = 1,2 -1,5

* Theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch sau MBA tự dùng (hoặc kháng điện tự dùng). Nếu trong mạch tự dùng không đặt biến dòng cho bảo vệ so lệch. Thông thường điều kiện này không phải là điều kiện tính toán.

Trong hai điều kiện (a), (b) hệ số an toàn lấy cao hơn đối với loại rơle PHT vì trong rơle so lệch loại không có cuộn dây ngắn mạch, ảnh hưởng của dòng quá độ sẽ lớn hơn.

5. Số vòng của cuộn dây làm việc của máy biến dòng bão hòa (cuộn cân bằng và cuộn so lệch) tương ứng với dòng I_kđmin xác định tương tự như đối với bảo vệ dùng rơle PHT. Theo công thức (2-39), (2-40), và (2-41):

$W_{\text{cbtt}}=\frac{F_{\text{kđR}}}{I_{\text{kđRcb}}}{\text{;W}}_{\text{Itt}}=W_{\text{cb}}\text{.}\frac{I_{\text{cbT}}}{I_{\text{IT}}};W_{\text{IItt}}=W_{\text{cb}}\text{.}\frac{I_{\text{cbT}}}{I_{\text{IIT}}}$

6. Cuộn hãm của rơle nên nối vào tổ máy biến dòng nào đảm bảo được độ nhạy của bảo vệ nói chung cao nhất. Muốn vậy phải làm sao cho:

• Dòng khởi động của bảo vệ càng bé càng tốt.
• Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (trong những trường hợp kiểm tra độ nhạy) tác động hãm càng bé càng tốt.
• Thực tế để chọn được phía nối với cuộn hãm một cách hợp lý cần phải xem xét một cách cụ thể.

Ví dụ đối với các sơ đồ nối với máy tăng áp (hình 2.27) có thể chọn tổ máy biến dòng nối với cuộn hãm như sau:

* Đối với máy biến áp tăng áp hai và ba cuộn dây (hoặc MBA tự ngẫu) ở các cấp điện áp đều có nguồn, trong mạch tự dùng có đặt máy cắt còn trong mạch máy phát không đặt máy cắt thì cuộn hãm của máy biến dòng nên nối vào tổ máy biến dòng đặt ở tự dùng (hình 2.27a).

* Đối với MBA tăng áp ba cuộn dây ở cả ba cấp điện áp đều có nguồn cung cấp, trong mạch máy phát và mạch tự dùng đều có đặt máy cắt thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổng dòng điện của hai nhánh máy phát và tự dùng (hai tổ máy biến dòng của hai nhánh nối song song) để khỏi phải chỉnh định dòng khởi động tối thiểu của bảo vệ theo dòng không cân bằng khi hư hỏng trong máy phát điện (hình 2.27b).

* Đối với máy biến áp tăng áp hai hoặc ba cuộn dây nối với hệ thống công suất lớn qua hai máy cắt thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt trong mạch của một trong hai máy cắt đó ( hình 2.27c).

* Đối với MBA tăng áp ba cuộn đây làm việc theo sơ đồ bộ, phía điện áp trung không có nguồn cung cấp, trong mạch tự dùng và mạch máy phát không đặt máy cắt thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt ở phía cấp điện áp trung (hình 2.27d).

Sau đây chúng ta khảo sát một số ví dụ về cách nối cuộn hãm trong bảo vệ của máy biến áp giảm áp (hình 2.28):

* Đối với các MBA giảm nối với hệ thống có công suất lớn qua hai máy cắt thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt trong mạch của một trong hai máy cắt đó (hình 2.28a).

* Đối với các máy biến áp giảm, ba cuộn dây chỉ nối với một nguồn cung cấp (hình 2.28b) khi có điều áp dưới tải và dòng khởi động của bảo vệ tính theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng không cân bằng khi ngắn mạch ngoài (ở cả hai phía không có nguồn) lớn hơn dòng khởi động tính theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng từ hoá nhảy vọt thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt trong mạch nối với nguồn.

Nếu khi ngắn mạch ngoài ở một phía nào đó dòng không cân bằng rất lớn và dòng khởi động của bảo vệ tính theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng không cân bằng ở phía này lớn hơn là dòng khởi động của bảo vệ tính theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng từ hoá nhảy vọt, còn khi ngắn mạch ở phía kia dòng khởi động của bảo vệ tính theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng không cân bằng bé hơn dòng khởi động của bảo vệ tính theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng từ hoá nhảy vọt thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt ở phía có dòng không cân bằng lớn hơn. Cách nối này cho phép ta chọn dòng khởi động của bảo vệ theo điều kiện chỉnh định khỏi dòng từ hoá nhảy vọt.

* Đối với MBA tự ngẫu giảm áp nối với hai nguồn cung cấp (hình 2.28c) cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt ở một trong hai mạch nối với nguồn.

* Đối với MBA giảm ba cuộn dây có hai nguồn cung cấp (hình 2.28d) khi cuộn dây điện áp trung hoặc cuộn dây điện áp thấp có điện trở bằng không (r = 0) thì cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt ở phía có điện trở bằng không. Tuy nhiên trong trường hợp khi công suất của nguồn ở phía nào đó bé hơn so với phía kia thì nên chọn cách nối cuộn hãm theo những chỉ dẫn ở mục trên.

* Đối với các MBA giảm hai cuộn dây (hình 2.28e) cuộn hãm của rơle so lệch nên nối vào tổ máy biến dòng đặt ở phía không nguồn của MBA. Cách nối này làm tăng độ nhạy của bảo vệ khi có ngắn mạch trong MBA vì khi ấy cuộn hãm sẽ không làm việc.

Trong trường hợp chung để có thể chọn cách nối cuộn hãm một cách hợp lý có thể làm như sau: Lần lượt đặt cuộn hãm ở tất cả các phía của MBA được bảo vệ với giả thiết là máy cắt đặt ở phía này đã cắt ra, xác định dòng không cân bằng tính toán cực đại I_kcbttmax khi cuộn hãm không làm việc và dòng khởi động tối thiểu tương ứng I_kđmin của bảo vệ đối với tất cả các phương án đặt cuộn hãm khác nhau.

Phương án nào có dòng khởi động tối thiểu I_kđmin bé nhất sẽ được dùng vì khi ấy độ nhạy của bảo vệ sẽ cao nhất. Nếu như hai phương án nào đó cho giá trị I_kđmin gần như nhau hoặc hoàn toàn giống nhau (khi điều kiện tính toán là điều kiện chỉnh định khỏi dòng từ hoá nhảy vọt) thì nên chọn phương án có tác động hãm ít hơn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ để tăng độ nhạy của bảo vệ.

Cần chú ý rằng có thể có trường hợp nếu nối cuộn hãm với phía mà khi ngắn mạch ngoài ở phía đó dòng không cân bằng tính toán không phải là lớn nhất thì phải chọn số vòng của cuộn hãm quá lớn và khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ độ nhạy của bảo vệ quá thấp, trong những trường hợp như vậy phải tính toán lại với phương án nối cuộn hãm vào phía khác.

7. Khi cuộn hãm làm việc nếu có ngắn mạch ngoài bảo vệ sẽ không tác động. Để kiểm tra tính không tác động của bảo vệ (có hãm) phải dùng đặc tính khởi động tương ứng với tác động hãm bé nhất (đường cong II trên hình 2.25)

Để tính toán được đơn giản hơn người ta có thể thay thế đường cong bằng tiếp tuyến của nó đi qua gốc toạ độ, khi ta thay thế như vậy thì độ dự trữ không tác động của bảo vệ khi ngắn mạch ngoài sẽ cao hơn.

Rõ ràng rằng bảo vệ chắc chắn sẽ không tác động nếu như khi ngắn mạch ngoài, điểm biểu diễn quan hệ F_lv, F_h nằm thấp hơn đường tiếp tuyến này, nghĩa là:

(2-45)

Trong đó:

• I_lvT và I_hT: dòng làm việc và hãm thứ cấp tính đổi về phía thứ cấp của tổ máy biến dòng nối với cuộn hãm của rơle so lệch.
• W_h: số vòng của cuộn hãm đã được sử dụng.
• W_lvtt: số vòng tính toán của cuộn làm việc ở phía có nối với cuộn hãm.
• tgα: tg của góc của đường tiếp tuyến với đặc tính khởi động thấp nhất qua rơle (theo số liệu của nhà chế tạo tgα ≈ 0,83)
• Kat: hệ số an toàn Kat_{= 1,5.}

Mặt khác ta lại có :

$\frac{I_{\text{lvT}}}{I_{\text{hT}}}=\frac{I_{\text{lv}}}{I_h}$

Và khi ngắn mạch ngoài $I_{\text{lv}}=I_{\text{kcbtt}}$ nên từ (45) có thể tìm được số vòng cần thiết của cuộn hãm:

$W_h\ge \frac{K_{\text{at}}\text{.}{I}_{\text{kcbtt}}}{I_h}\text{.}\frac{W_{\text{lvtt}}}{\text{tg}\alpha }$ (2-46)

trong đó: $I_{\text{kcbtt}}$_{và Ih : dòng không cân bằng sơ cấp tính toán xác định theo (2-31) và dòng hãm sơ cấp ở dạng ngắn mạch tính toán để chọn số vòng của cuộn hãm của rơle so lệch.}

Dòng ngắn mạch tính toán để chọn số vòng cuộn hãm theo biểu thức (2-46) là ngắn mạch ba pha xảy ra trong chế độ khi ΔI lớn nhất:

$\mathrm{\Delta I}=\frac{K_{\text{at}}\text{.}{I}_{\text{kcbtt}}}{I_h}$ (2-47)

Để xác định giá trị lớn nhất của ΔI cần phải khảo sát những trường hợp ngắn mạch ở phía do tác động của cuộn hãm bảo vệ sẽ không làm việc. Đồng thời trong trường hợp chung tiến hành tính toán cho những phương án làm việc khác nhau của MBA và của hệ thống điện.

Khi sức từ động làm việc do dòng không cân bằng gây nên lớn hơn 100A có thể dùng biểu thức (2-46) và thay đường đặc tuyến khởi động bằng tiếp tuyến của nó (tgα = 0,85). Khi sức từ động bé hơn 100A đặc tuyến khởi động thực tế khác nhiều so với đường tiếp tuyến của nó, vì vậy nếu tính theo đường tiếp tuyến thì số vòng cuộn hãm nhận được sẽ cao hơn giá trị cần thiết của nó. Mặt khác việc xác định tình trạng tính toán để sử dụng đường cong thực tế sẽ gặp khó khăn vì khi tăng tỉ số ΔI theo (2-47) đối với đặc tính thực tế thì tgα cũng tăng theo.

8. Độ nhạy của bảo vệ khi hư hỏng xảy ra trong vùng bảo vệ trong những chế độ khi cuộn hãm không làm việc có thể đặc trưng bằng hệ số độ nhạy tính theo các công thức:

$K_n=\frac{I_{R\sum }}{I_{\text{kđR}}}$

hoặc $K_n=\frac{\sum I_R\text{.}W}{F_{\text{kđ R}}}$

Các chế độ làm việc và dạng ngắn mạch tính toán cũng như hệ số độ nhạy tối thiểu cho phép cũng chọn tương tự như là đối với các bảo vệ rơle PHT.

9. Độ nhạy của bảo vệ trong những trường hợp cuộn hãm làm việc (có dòng chạy qua cuộn hãm) hệ số độ nhạy trong trường hợp này tính theo công thức:

$K_n=\frac{F_{\text{lv}}}{F_{\text{lvkđ}\text{.}R}}$ (2-48)

Trong đó :

• F_lv: sức từ động làm việc của rơle khi ngắn mạch trực tiếp.
• F_lvkđR: sức từ động làm việc khởi động của rơle trong điều kiện khi bảo vệ ở giới hạn của miền khởi động trong trường hợp ngắn mạch khảo sát, nhưng không phải ngắn mạch trực tiếp mà qua điện trở quá độ.

Sức từ động làm việc của rơle so lệch xác định theo biểu thức :

(2-49)

Trong đó:

• I_lvT: dòng thứ cấp ở các phía khác nhau có kể đến dấu của chúng ở dạng ngắn mạch trực tiếp khảo sát.
• W_lv: số vòng của cuộn làm việc ở từng phía tương ứng.

Khi có một nguồn cung cấp, hoặc để tính toán đơn giản ngay cả khi có nhiều nguồn cung cấp có thể xác định sức từ động làm việc theo biểu thức sau:

$F_{\text{lv}}=I_{\text{lvT}\sum }\text{.}{W}_{\text{lvc}}$ (2-50)

Trong đó :

- I_lvT: dòng trong cuộn làm việc của rơle khi ngắn mạch trực tiếp (nếu có nhiều nguồn cung cấp thì giả thiết dòng chỉ chạy theo phía cung cấp chủ yếu).

- W_lvc: số vòng cuộn làm việc của rơle so lệch ở phía có nguồn cung cấp (khi có nhiều nguồn cung cấp lấy phía có nguồn cung cấp chủ yếu).

Các dòng trong các cuộn làm việc I_lvT và $I_{\text{lvT}\Sigma }$ trong các biểu thức (2-49) và (2-50) cần phải xác định có kể đến dạng ngắn mạch và sơ đồ nối máy biến dòng của bảo vệ. Sức từ động làm việc khởi động của rơle F_lvkR trong biểu thức (2-48) xác định theo đặc tính khởi động của rơle khi tác động hãm lớn nhất theo trình tự sau:

Xác định sức từ động hãm của rơle so lệch F_h khi ngắn mạch theo biểu thức:

$F_h=I_{\text{hT}}\text{.}{W}_h$ (2-51)

Trong đó:

• I_hT: dòng trong cuộn hãm của rơle so lệch ở dạng ngắn mạch đang khảo sát có kể đến sơ đồ nối dây của BI.
• W_h: số vòng dây của cuộn hãm.

Trên mặt phẳng F_lv, F_h vẽ điểm biểu diễn tương ứng với F_lv, tính theo (2-49) và (2-50) và F_h tính theo (2-51) cho trường hợp ngắn mạch khảo sát.

Vẽ đường thẳng OA, đường thẳng này là quỹ tích những điểm tương ứng với dạng ngắn mạch khảo sát qua các điện trở trung gian khác nhau, bởi vì khi ngắn với những điện trở trung gian khác nhau sự phân bố dòng điện và quan hệ giữa các dòng làm việc và hãm sẽ không thay đổi. Điểm cắt nhau giữa đường thẳng này với đường cong khởi động của rơle tương ứng với tác động hãm lớn nhất (điểm A trên hình 2.29) sẽ là điểm biểu diễn giới hạn tác động của rơle, do đó sức từ động làm việc tương ứng với điểm này sẽ là điểm làm việc khởi động F_lvkđR ở dạng ngắn mạch đang khảo sát có điện trở trung gian.

Để xác định độ nhạy của bảo vệ cần phải chọn đúng tình trạng làm việc của hệ thống, của nhà máy điện hoặc trạm và của bản thân máy biến áp được bảo vệ sao cho dòng điện qua cuộn hãm là lớn nhất.

Hệ số độ nhạy tối thiểu Kn_hãmmin = 2.

Đối với trường hợp đóng thử MBA hoặc khi MBA ba cuộn dây (hay tự ngẫu) làm việc trong tình trạng một máy cắt ở phía nào đó đã cắt ra thì hệ số độ nhạy tối thiểu có thể cho phép lấy thấp hơn. Cần chú ý rằng khi xác định độ nhạy của bảo vệ nên kể đến sai số của rơle và để bảo vệ có thể tác động chắc chắn điểm làm việc tương ứng với dạng ngắn mạch khảo sát phải nằm cao hơn đường đặc tính khởi động ít nhất là 10% so với tung độ của nó.

Máy biến dòng phụ cho bảo vệ so lệch:

Ngoài BI chính người ta có thể dùng BI phụ để bù lệch pha, và hiệu chỉnh dòng không cân bằng vào rơle do các đầu phân áp do khác tỉ số biến đổi giữa MBA và BI chính. Đối với MBA hai cuộn dây máy biến dòng phụ được phối hợp với điều kiện dòng phụ tải lớn nhất của MBA (hình 2.30). Với MBA ba cuộn dây, chọn BI theo cuộn dây có công suất định mức lớn nhất (hình 2.31).

Ví dụ: Cho bảng vòng dây theo đầu nối và sơ đồ đấu dây máy biến dòng phụ của rơle so lệch MBA của hãng GEC. Hãy chọn tỉ số BI phụ, số vòng dây của cuộn BI phụ trong bảo vệ so lệch MBA.

	Đầu nối	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	x-7	7-8	8-9	S1-S2
Số vòng	Tỉ số biến đổi 1 /1 A	5	5	5	5	125	25	25	25	215

Máy biến áp 3 pha: S = 30MV, 11/66KV, Δ/Y.

Giải:

Dòng định mức phía 11 KV: $\frac{\text{30}\text{.}{\text{10}}^3}{\sqrt{3}\text{.}\text{11}}=\text{1574,6 A}$

Cuộn dây MBA phía 11KV nốiΔ, BI nối Y, dòng thứ cấp vào rơle (chọn BI chính 1600 /1):

$I_{\text{TI}}=\frac{\text{1574,6}\text{.}1}{\text{1600}}=\text{0,984 A}$

Dòng định mức phía 66 KV: $\frac{\text{30}\text{.}{\text{10}}^3}{\sqrt{3}\text{.}\text{66}}=2\text{62},4\text{A}$

Cuộn dây MBA phía 66KV nối Y, BI nối Y, dòng thứ cấp đưa vào rơle (chọn BI chính 300 /1):

$I_{\text{TII}}=\frac{\text{262,43}\text{.}1}{\text{300}}=\text{0,875 A}$

Để bù lệch pha BU phụ đấu Y/Δ.

Tỉ số (66KV / 11KV) = 0,875 / 0,984 = 0,899.

Cuộn dây thứ cấp S1-S2 là 215 vòng.

Số vòng của cuộn sơ cấp BI phụ n_I được tính:

$\text{0,875}\text{.}{n}_1=\frac{\text{0,984}\text{.}\text{215}}{\sqrt{3}};\Rightarrow {\text{n}}_1=\frac{\text{0,984}\text{.}\text{215}}{\sqrt{3}\text{.}\text{0,875}}=\text{139,6}\approx \text{140 voøng}$

Chọn hai đầu nối cuộn sơ cấp BI phụ là 2 và 6 (5 + 5 + 5 + 125) = 140 vòng.

Kết hợp bảo vệ so lệch và bảo vệ chạm đất cuộn dây MBA:

Có thể liên kết bảo vệ so lệch thứ tự không cuộn dây MBA và bảo vệ so lệch dọc MBA. Từ hình 2.32 ta thấy nếu trung tính cuộn sao nối đất qua điện trở 1 đơn vị tương đối, hệ thống bảo vệ so lệch dọc có trị số đặt 20% sẽ phát hiện chạm chỉ 42% cuộn dây tính từ đầu đường dây. Yêu cầu sơ đồ của hai bộ BI cho hai hệ thống so lệch khác nhau, BI của bảo vệ so lệch TTK nối sao, trong khi đó BI của hệ thống bảo vệ so lệch dọc thì nối Δ ở phía cuộn dây nối sao MBA, dùng hai bộ BI thì tốn kém, có thể dùng một bộ BI cho hai hệ thống so lệch theo các cách sau:

• Dùng máy biến dòng phụ tổng.
• Dùng máy biến dòng phụ Y/Δ.

Phương pháp sau được dùng rộng rãi hơn vì có thể điều chỉnh dòng không cân bằng cho bảo vệ so lệch dọc.