Bảo vệ quá dòng có hướng – Rơ le 67

Để đảm bảo cắt chọn lọc các sự cố, hư hỏng trong mạng hở có một vài nguồn cung cấp, cũng như trong mạng vòng có một nguồn cung cấp từ khoảng năm 1910 người ta bắt đầu dùng bảo vệ dòng có hướng còn gọi là rơle 67. 

1. Nguyên lý hoạt động:

Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ phản ứng theo giá trị dòng điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ. Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện vượt quá giá trị định trước (dòng khởi động Ikđ) và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.

Bảo vệ dòng điện với thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang không đảm bảo được tính chọn lọc hoặc thời gian tác động của các bảo vệ gần nguồn quá lớn không cho phép. Để khắc phục người ta dùng bảo vệ quá dòng có hướng. Thực chất đây cũng là một bảo vệ quá dòng thông thường nhưng có thêm bộ phận định hướng công suất để phát hiện chiều công suất qua đối tượng được bảo vệ. Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện qua bảo vệ lớn hơn dòng điện khởi động Ikđ và hướng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào đường dây.

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ quá dòng có hướng:Ngày nay hầu hết các rơle quá dòng có hướng số được tích hợp thêm nhiều chức năng như: chức năng cắt nhanh, quá dòng với đặc tuyến thời gian độc lập và phụ thuộc, nhờ đó một số rơle quá dòng có hướng có cả tính chọn lọc tuyệt đối và tương đối, nghĩa là có thể vừa đảm bảo chức năng cắt nhanh vừa đóng vai trò như một bảo vệ dự trữ. Một trong những rơle vừa nêu trên là rơle quá dòng có hướng ba cấp tác động. Để hiểu rõ hơn về loại rơle này chúng ta sẽ đi phân tích chọn thời gian làm việc và dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có hướng ba cấp tác động cho một số mạng điện điển hình trong hệ thống điện.

Bộ phận định hướng công suất chỉ làm việc khi hướng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào đường dây được bảo vệ.

2. Xác định dòng điện khởi động:

Bảo vệ quá dòng điện có hướng làm việc như một bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng, do đó dòng điện khởi động Ikđ 67 của bảo vệ rơle cho cấp này được xác định theo công thức:

Ikđ 67 = Kat.IN ngoài max 

3. Thời gian tác động của bảo vệ:

Để đảm bảo cho các bảo vệ làm việc chọn lọc, thời gian tác động phải được chọn theo nguyên tắc bậc thang từ hai phía ngược chiều nhau, cụ thể là thời gian tác động của bảo vệ 5 phải nhỏ hơn của bảo vệ 3 và càng nhỏ hơn của bảo vệ 1; thời gian tác động của bảo vệ 2 nhỏ hơn của bảo vệ 4 và bảo vệ 6.

t5 < t3 < t1

t2 < t4 < t6

t1 = t3 + Δt ; t3 = t5 + Δt ; t6 = t4 + Δt ; t4 = t2 + Δt 

Δt là khoảng thời gian trễ cần thiết để đảm bảo sự chọn lọc giữa các bảo vệ cùng hướng kề nhau.

4. Độ nhạy:

Độ nhạy của bảo vệ dòng cực đại có hướng được quyết định bởi hai bộ phận: dòng khởi động và định hướng công suất. Độ nhạy về dòng của bảo vệ được tính toán giống như đối với bảo vệ dòng cực đại.

Điều cần quan tâm đối với bảo vệ dòng có hướng là độ nhạy của bộ phận định hướng công suất. Khi xảy ra N(3) ở đầu đường dây được bảo vệ gần chỗ nối bảo vệ, điện áp từ các BU đưa vào bảo vệ có giá trị gần bằng không. Trong trường hợp này, bảo vệ và rơle định hướng công suất sẽ không khởi động.

Trong các mạng hở có 2 hay nhiều nguồn cung cấp, ở một số chế độ ví dụ như sau khi cắt một  trong các nguồn cung cấp có công suất lớn và cưỡng bức kích từ máy phát của các nguồn còn lại thì dòng phụ tải cực đại có thể đạt tới giá trị lớn. Dòng khởi động được chỉnh định khỏi dòng phụ tải này thường làm cho bảo vệ hoàn toàn không đủ độ nhạy. Để tăng độ nhạy đôi khi người ta dùng những bộ phận khởi động liên hợp dòng và áp. Từ những nhận xét trên ta thấy rằng bảo vệ dòng có hướng có thể sử dụng làm bảo vệ chính trong các mạng phân phối điện áp dưới 35kV khi nó đảm bảo được tính chọn lọc và tác động nhanh. Bảo vệ dòng có hướng cũng được sử dụng rộng rãi làm bậc dự trữ trong các bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp.

Vì vậy độ nhạy của bộ phận định hướng công suất được đặc trưng bằng vùng chết. Vùng chết là phần chiều dài đường dây được bảo vệ mà khi ngắn mạch trực tiếp trong đó bảo vệ sẽ không khởi động do áp đưa vào rơle định hướng công suất bé hơn áp khởi động tối thiểu của nó.