Các Loại Bảo Vệ Điện

Cả bảo vệ quá dòng cắt nhanh [50] và bảo vệ dòng điện cực đại [51] đều dựa trên nguyên tắc so sánh dòng điện tức thời với một giá trị ngưỡng đã được thiết lập trước, gọi là thông số dòng điện khởi động (I_k). Khi dòng điện vượt quá I_k, bảo vệ sẽ tác động. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh [50] hoạt động gần như tức thời hoặc sau một thời gian rất ngắn (0.3-0.6 giây), trong khi bảo vệ dòng điện cực đại [51] có thời gian hoạt động có thể không đổi (t = const) hoặc thay đổi tùy thuộc vào cường độ dòng điện (t = f(I)). Điều này được thể hiện rõ trong mô tả: "Bảo vệ quá dòng điện cực đại [51] khởi động khi thông số dòng điện đầu vào lớn hơn tham số dòng điện khởi động, và tác động sau thời gian t." Nguyên tắc hoạt động của bảo vệ phía trước cũng được đề cập, đảm bảo tính chọn lọc bằng cách thiết lập thời gian tác động của nó lớn hơn bảo vệ phía sau một khoảng thời gian Δt (khoảng 0.3 – 0.5s theo tiêu chuẩn IEC 255-4).

Thời gian làm việc là một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ quá dòng. Đối với bảo vệ dòng điện cực đại [51], có hai loại thời gian hoạt động: thời gian không đổi (t=const) và thời gian thay đổi theo cường độ dòng điện (t=f(I)). Khi thời gian không đổi, bảo vệ sẽ tác động sau một thời gian cố định (t₁) khi dòng điện vượt quá I_k. Trong trường hợp thời gian thay đổi, thời gian tác động (t_x) phụ thuộc vào cường độ dòng điện (I_x). Văn bản cũng đề cập đến đặc tính thời gian phụ thuộc, trong đó thời gian tác động phụ thuộc vào cường độ dòng điện, đặc biệt là khi dòng điện nhỏ hơn khoảng 10 đến 20 lần dòng điện định mức. Khi dòng điện lớn hơn, đặc tính thời gian trở thành độc lập, tạo thành đường thẳng. Việc lựa chọn đặc tính thời gian phụ thuộc được hướng dẫn chi tiết để đảm bảo tính chọn lọc giữa các thiết bị bảo vệ, nhấn mạnh việc thời gian hoạt động của thiết bị bảo vệ phía trước phải lớn hơn thời gian hoạt động của thiết bị bảo vệ phía sau cộng thêm khoảng thời gian Δt.

Việc đấu nối biến dòng (BI) là cần thiết để đo lường dòng điện trong hệ thống và cung cấp tín hiệu cho thiết bị bảo vệ. Dòng điện tải (I_tải) đi qua BI để tạo ra dòng điện thứ cấp (I), được đưa vào đầu vào của thiết bị bảo vệ [50] hoặc [51]. Mô tả chi tiết về việc sử dụng BI trong bảo vệ quá dòng [51]: "Dòng điện tải I_tải qua BI cho dòng thứ cấp là I. Thông số dòng điện I đưa đến đầu vào [51], nếu I > I_k⁵¹ thì sau t giây [51] truyền đến rơ le trung gian [51X] cắt [52]." Đây cho thấy vai trò quan trọng của BI trong việc chuyển đổi dòng điện chính thành tín hiệu có thể xử lý được bởi rơ le bảo vệ. Việc lựa chọn BI phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ.

Trong phần mô tả bảo vệ dòng điện cực đại [51], một số hệ số và thông số quan trọng được đề cập đến, bao gồm: K_at (hệ số an toàn, 1.2), K_tv (hệ số trở về, 0.85), K_mm (hệ số mở máy, 1.3 đến 1.8), I_lvmax (dòng làm việc cực đại qua thiết bị được bảo vệ), và K_nh (hệ số nhạy, >1.1-1.3 cho bảo vệ dự trữ và >1.5-1.8 cho bảo vệ chính). Ngoài ra, I_NMmin được định nghĩa là dòng NM nhỏ nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi NM ở cuối vùng bảo vệ. Các hệ số này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các giá trị ngưỡng hoạt động của bảo vệ, đảm bảo an toàn và tính chọn lọc của hệ thống. Hiểu rõ ý nghĩa và cách sử dụng các hệ số này là cần thiết cho việc thiết kế và vận hành hệ thống bảo vệ một cách hiệu quả.

Bảo vệ kém áp [27] hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh điện áp thực tế với một giá trị điện áp ngưỡng đã được thiết lập. Thông thường, điện áp làm việc bằng điện áp định mức. Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố làm giảm điện áp xuống dưới ngưỡng cho phép, bảo vệ [27] sẽ tác động, thường là cắt máy ngắt [52]. Điều này được mô tả trong đoạn văn: "Bình thường, thông số điện áp làm việc bằng trị số điện áp định mức. Khi có sự cố, thông số điện áp làm việc nhỏ hơn trị số điện áp định mức, cần cắt máy ngắt." Bảo vệ [27] có thể tác động cắt [52] cho một tải tiêu thụ hoặc một nhánh trong hệ thống. Thời gian làm việc của bảo vệ này thường được chọn là một hằng số (t=const) tùy thuộc vào yêu cầu của tải tiêu thụ.

Theo tài liệu, thời gian làm việc của bảo vệ kém áp [27] là một hằng số (t=const). Thời gian này được lựa chọn dựa trên yêu cầu của tải tiêu thụ, nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa tốc độ bảo vệ và ảnh hưởng đến hoạt động của tải. Việc xác định thời gian hoạt động phù hợp là rất quan trọng để tránh những tác động không mong muốn đến hệ thống và thiết bị. Sự lựa chọn này cần phải được tính toán kỹ lưỡng dựa trên đặc tính của tải và yêu cầu vận hành của hệ thống. Không có thông tin cụ thể hơn về cách xác định thời gian làm việc này trong tài liệu.

Để bảo vệ kém áp [27] hoạt động chính xác, cần sử dụng biến điện áp (BU) để đo lường điện áp hệ thống. Văn bản chỉ đề cập đến việc đấu nối BU mà không đi sâu vào chi tiết kỹ thuật. Tuy nhiên, từ đoạn văn: "Bảo vệ [27] tác động cắt [52] của một tải tiêu thụ hoặc của một nhánh", ta có thể hiểu rằng BU cung cấp tín hiệu điện áp cho rơ le bảo vệ [27], cho phép rơ le so sánh điện áp với giá trị ngưỡng đã được thiết lập và đưa ra tín hiệu cắt mạch khi cần thiết. Việc đấu nối BU đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của bảo vệ kém áp.

Mặc dù chi tiết về bảo vệ quá áp [59] rất hạn chế trong tài liệu, nguyên tắc hoạt động của nó có thể được suy ra: Tương tự như bảo vệ kém áp, bảo vệ quá áp [59] hoạt động dựa trên việc giám sát điện áp hệ thống. Tuy nhiên, thay vì ngắt mạch khi điện áp giảm, bảo vệ này sẽ tác động khi điện áp vượt quá một giá trị ngưỡng đã được cài đặt trước. Thời gian phản hồi và các thông số khác của bảo vệ quá áp [59] không được đề cập rõ ràng trong tài liệu cung cấp. Do đó, cần thêm thông tin để hiểu đầy đủ hơn về hoạt động của loại bảo vệ này.

Phần này đề cập đến bảo vệ có hướng [32], nhưng chỉ nêu ra yêu cầu mà không đi sâu vào nguyên tắc hoạt động cụ thể. Từ ngữ liệu, ta hiểu rằng bảo vệ này dựa trên việc xác định hướng dòng điện để đảm bảo tính chọn lọc, nghĩa là chỉ tác động khi dòng điện chảy theo một hướng cụ thể (ví dụ: sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ). Việc sử dụng bảo vệ có hướng giúp tránh những tác động sai lệch khi dòng điện chảy từ các nguồn khác nhau trong hệ thống. Để đảm bảo tính chọn lọc, yếu tố thời gian đóng vai trò rất quan trọng, phối hợp với các rơ le dòng điện [51] để xác định hướng dòng điện và ngắt mạch kịp thời khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ. Tuy nhiên, thiếu thông tin chi tiết về cách thức hoạt động và các thông số của bảo vệ [32].

Bảo vệ khoảng cách [21] sử dụng rơ le tổng trở làm thành phần chính. Nguyên tắc hoạt động dựa trên việc so sánh tỷ số giữa điện áp và dòng điện (U/I) với một giá trị ngưỡng đã được thiết lập trước (tham số Z_k). Nếu U/I ≥ Z_k, bảo vệ không tác động (trường hợp bình thường hoặc sự cố ở xa); nếu U/I < Z_k, bảo vệ sẽ tác động (sự cố gần). Dữ liệu dòng điện (I) sau biến dòng (BI) và dữ liệu điện áp (U) sau biến điện áp (BU) được đưa vào rơ le [21] để tính toán tỷ số U/I. Việc lựa chọn tham số Z_k xác định hai vùng: vùng gần (trở kháng nhỏ, bảo vệ tác động) và vùng xa (trở kháng lớn, bảo vệ không tác động). Văn bản cũng đề cập đến ứng dụng định luật Kirchhoff trong mạch điện có nhiều nhánh để minh họa hoạt động của bảo vệ khoảng cách trong trường hợp có thêm nhánh mới hoặc sự cố xảy ra ở các vị trí khác nhau.

Bảo vệ khoảng cách [21] yêu cầu sử dụng cả biến dòng (BI) và biến điện áp (BU) để đo lường dòng điện và điện áp hệ thống. Mạch dòng điện sử dụng 3 BI đấu Y, biến đổi dòng tải (I_A, I_B, I_C) thành dòng thứ cấp (I_a, I_b, I_c) cung cấp cho rơ le [21]. Tương tự, mạch điện áp sử dụng 3 BU đấu Y/y, biến đổi điện áp lưới (U_A, U_B, U_C) thành điện áp thứ cấp (U_a, U_b, U_c) cung cấp cho rơ le [21]. Điều này cho thấy sự phụ thuộc chặt chẽ giữa bảo vệ khoảng cách và các thiết bị đo lường. Độ chính xác của các phép đo ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của bảo vệ khoảng cách. Việc lựa chọn và đấu nối BI và BU đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của bảo vệ.

Bảo vệ so lệch [87] hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh dòng điện vào và ra của một thiết bị hoặc đoạn mạch. Nguyên tắc hoạt động được mô tả là: "BVDĐ là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ lớn hơn giá trị dòng điện định trước." Điều này có nghĩa là nếu có sự chênh lệch đáng kể giữa dòng điện vào và ra (ví dụ do sự cố ngắn mạch bên trong thiết bị), bảo vệ sẽ tác động. Tài liệu không cung cấp thông tin chi tiết về cách thức so sánh và ngưỡng kích hoạt của bảo vệ này. Tuy nhiên, sự so sánh dòng điện vào và ra là cốt lõi của bảo vệ so lệch, giúp phát hiện các sự cố bên trong thiết bị được bảo vệ một cách hiệu quả.

Khu vực bảo vệ của bảo vệ so lệch [87] phụ thuộc vào cấu hình của hệ thống. Tài liệu đề cập đến việc áp dụng bảo vệ so lệch cho các trường hợp khác nhau: đường dây, máy phát, máy biến áp (chỉ có 2 nhánh), máy biến áp 3 dây quấn (3 nhánh), và thanh góp (nhiều nhánh). Điều này cho thấy rằng phạm vi bảo vệ của [87] có thể thay đổi tùy thuộc vào số lượng nhánh và cấu trúc của hệ thống. Số lượng nhánh ảnh hưởng đến việc tính toán và so sánh dòng điện, do đó ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu quả của bảo vệ. Việc xác định chính xác khu vực bảo vệ là rất quan trọng để đảm bảo bảo vệ hoạt động đúng chức năng và không gây ra những tác động không mong muốn.

Tài liệu đề cập đến việc phối hợp bảo vệ quá dòng cắt nhanh [50] và bảo vệ dòng điện cực đại [51] để tối ưu hóa đặc tính thời gian tác động. Phối hợp này cho phép tận dụng ưu điểm của cả hai loại bảo vệ: tốc độ nhanh của [50] và tính chọn lọc dựa trên cường độ dòng điện của [51]. Kết quả là hệ thống bảo vệ sẽ có độ nhạy cao hơn và thời gian phản hồi nhanh hơn so với việc sử dụng riêng lẻ từng loại. Tuy nhiên, tài liệu không cung cấp chi tiết về cách thức phối hợp cụ thể, ví dụ như cấu trúc mạch điện hoặc thuật toán điều khiển. Việc phối hợp này cần được thiết kế cẩn thận để tránh xung đột hoặc hoạt động không chính xác giữa hai loại bảo vệ.

Trong các hệ thống lưới điện phức tạp với nhiều nguồn cung cấp, việc phối hợp bảo vệ dòng điện cực đại [51] và bảo vệ khoảng cách [21] được khuyến nghị. Sự kết hợp này tận dụng khả năng phát hiện sự cố nhanh chóng của [51] và khả năng xác định chính xác vị trí sự cố của [21]. Bảo vệ [51] sẽ phản ứng nhanh với sự cố quá dòng, trong khi [21] sẽ xác định chính xác vị trí sự cố để đảm bảo tính chọn lọc và ngăn ngừa việc cắt nhầm các phần khác của hệ thống. Tuy nhiên, không có thông tin cụ thể về cách thức phối hợp hai loại bảo vệ này trong tài liệu. Việc thiết kế cần đảm bảo tính tương thích và hoạt động đồng bộ giữa hai hệ thống để tránh xung đột.

Tài liệu đề cập đến việc phối hợp bảo vệ chưa xác định [67] (chưa được giải thích trong tài liệu) và bảo vệ kém áp [27] để nâng cao độ nhạy của hệ thống bảo vệ. Việc phối hợp này có thể nhằm mục đích phát hiện sớm hơn các sự cố liên quan đến điện áp thấp và đảm bảo hệ thống được bảo vệ toàn diện hơn. Tuy nhiên, do thiếu thông tin về bảo vệ [67], nên không thể hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và hiệu quả của sự phối hợp này. Cần thêm thông tin để làm rõ chức năng và nguyên tắc hoạt động của bảo vệ [67] để đánh giá đầy đủ sự phối hợp này.