Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
A. Phần lý thuyết:
CHƯƠNG I : NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN
CỦA BẢO VỆ RƠ LE
1. Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle:
Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt
những phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử
hư hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu
quả tai hại của sự cố. Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống nào cần phải
kể đến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường
trong hệ thống điện ấy. Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với phần tử trong
hệ thống điện:
- Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ
lụt.
- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi.
- Do các tai nạn ngẫu nhiên.
- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống
điện. Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thể
ngăn chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố, trong đó phần lớn là
dạng ngắn mạch:
- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến
điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm phá huỷ các
phần tử bị ngắn mạch và các phần tử lân cận.
- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để lâu có thể đốt cháy thiết bị và gây hoả
hoạn.
- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm
thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện.
- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện.
Hậu quả của ngắn mạch là:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 1 Lớp : Đ5-H2

Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện.
- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện.
- Phá huỷ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ.
- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện.
Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc
không bình thường. Một trong những tình trạng làm việc không bình thường đó 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 huỷ.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng, ta có thể thực
hiện các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ
những tình trạng làm việc không bình thường có khả năng gây nguy hiểm cho
thiết bị và hộ dùng điện.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ
thống điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian
bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống
điện. Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện
tại là các Rơle. Ngày nay, khái niệm Rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị
hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện thoả mãn những
yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như
toàn hệ thống điện. Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những Rơle được gọi là
thiết bị bảo vệ Rơle.
Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần tử hư
hỏng ra khỏi hệ thống điện. Ngoài ra thiết bị bảo vệ Rơle còn ghi nhận và phát
hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống
điện, tuỳ mức độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy
cắt. Những thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bình
thường thường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần
phải có tính tác động nhanh như ở các thiết bị bảo vệ Rơle chống hư hỏng).
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 2 Lớp : Đ5-H2

Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle :
Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng như trên ,các thiết bị
bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây : độ tin cậy, chọn lọc, tác động
nhanh, độ nhạy và kinh tế.
a.Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ làm đúng chắc
chắn.người ta phân biệt:
- Độ tin cậy khi tác động : (dependability) mức độ chắc chắn rằng Rơle
hoặc hệ thống Rơle sẽ tác động đúng . [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện
và điện tử].
- Độ tin cậy không tác động : (security) mức độ chắc chắn rằng Rơle hoặc
hệ thống Rơle sẽ không làm việc sai. [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện và
điện tử].
Nói cách khác độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi
có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ ,còn độ tin
cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình
thường hoặc sự cố xảy ra ngoại phạm vi bảo vệ đã được quy định.
Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể kiểm tra tương đối dễ dàng bằng cách
tính toán hoặc thực nghiệm,còn độ tin cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập
hợp những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động
sai của bảo vệ không thể lường trước hết được.
Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng các Rơle và hệ thống Rơle có kết cấu đơn
giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng cũng như tăng cường mức
dự phòng trong hệ thống bảo vệ. Số liệu thống kê về vận hành cho thấy, hệ thống
bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%.
b.Tính chọn lọc: là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử
bị sự cố ra khỏi hệ thống .cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp việc đảm bảo
tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 3 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ

Theo nguyên lý làm việc,các bảo vệ được phân ra : bảo vệ có độ chọn lọc
tuyệt đối và bảo vệ có độ chọn lọc tương đối.
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối : là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố
xảy ra trong phạm vi hoàn toàn xác định , không làm nhiệm vụ dự phòng
cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối : ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối
tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt
ở các phần tử lân cận.
Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương
đối,phải có sự phối hợp giữa các đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau
trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn
chế tới mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện
c.Tác động nhanh:
Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy
nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần
phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền.
Rơle bảo vệ được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá
50ms (2,5 chu kỳ của dòng công nghiệp 50Hz). Rơle bảo vệ được gọi là tác động
tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian)trong tác động của rơle.
Thông thường hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời dùng thay thế lẫn
nhau để chỉ các Rơle bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms.
Ngoài tác động của Rơle hay bảo vệ ,việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ
thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện.các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại
có thời gian thao tác từ 20÷60ms (từ 1÷3 chu kỳ 50Hz) những máy cắt thông
thường cũng có thời gian thao tác không quá 5 chu kỳ(khoảng 100ms ở 50Hz).
Như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian làm việc của bảo vệ cộng với thời
gian thao tác máycắt) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ (khoảng 40÷160ms ở 50Hz)đối
với bảo vệ tác động nhanh.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 4 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ

Đối với lưới điện phân phối thường sử dụng các bảo vệ có độ chọn lọc tương
đối và phải phối hợp thời gian tác động giữa các bảo vệ.Bảo vệ chính thông
thường có thời gian khoảng 0,2÷1,5sec , bảo vệ dự phòng khoảng 1,5÷2sec.
d.Độ nhạy:
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo
vệ,nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy ,tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý
đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó.Sự sai khác giữa trị số của
đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn ,rơle càng dễ
cảm nhận sự xuất hiện của sự cố hay rơle tác động càng nhạy.
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố,trong đó quan trọng nhất
phải kể đến : Chế độ làm việc của hệ thống (mức độ huy động nguồn),cấu hình
lưới điện ,dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch ,nguyên lý làm việc của
rơle,đặc tính của quá trình quá độ trong hệ thống điện v.v…
Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác
nhau.các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5÷2,
còn bảo vệ dự phòng từ 1,2÷1,5.
e.Tính kinh tế :
Các thiết bị bảo vệ được thiết kế và lắp đặt trong hệ thống điện,khác với các
máy móc và thiết bị khác ,không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận
hành bình thường. Nhiệm vụ của chúng là phải luôn luôn sẵn sàng chờ đón những
bất thường và sự cố có thể xảy ra bất cứ lúc nào và có những tác động chuẩn xác.
Đối với các tràn thiết bị cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết
bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, vì vậy thông
thường giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn
chủng loại hoặc nhà cung cấp cho thiết bị bảo vệ. Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trên
đóng vai trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu
quả rất nghiêm trọng cho hệ thống điện.
Đối với lưới trung,hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu
cầu bảo vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị cần bảo vệ ở các nhà máy
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 5 Lớp : Đ5-H2

Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
điện lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính
kinh tế trong chọn thiết bị bảo vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật
với chi phí thấp nhất.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 6 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
CHƯƠNG II : NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ ĐÃ HỌC
2.1. Bảo vệ quá dòng điện:
Quá dòng điện là hiện tượng khi dòng điện chạy qua phần tử của hệ thống
điện vượt quá trị số dòng điện tải lâu dài cho phép. Quá dòng điện có thể xảy ra
khi ngắn mạch hoặc do quá tải.
Bảo vệ quá dòng điện là bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được
bảo vệ vượt quá một giá trị định trước (tức là giá trị cài đặt).
Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia 2
loại:
- Bảo vệ dòng điện cực đại: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn thời
gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời
gian tác động càng lớn.
- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn dòng
khởi động theo giá trị dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất.
2.1.1Bảo vệ dòng điện cực đại: ( I > ; 51)
Bảo vệ dòng điện cực đại thường là loại bảo vệ chính đối với mạng một
nguồn cung cấp. Bảo vệ được đặt ở đầu mỗi đoạn đường dây (về phía nguồn), bảo
vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn.
a. Dòng khởi động: tính theo dòng làm việc cực đại I
kđ
> I
lvmax
= k
qt

.I
lv
Theo nguyên tắc tác động của bảo vệ I
max
phải chọn lớn hơn dòng phụ tải
cực đại qua chỗ đặt bảo vệ. Trong thực tế dòng điện khởi động của bảo vệ còn phụ
thuộc vào nhiều điều kiện khác.
Dòng khởi động của bảo vệ:
at mm
kd lvmax
tv
k .k
I .I
k
=
Trong đó: k
at
- hệ số an toàn, để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn
mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (k
at
= 1,1 ÷ 1,2).
k
mm
- hệ số tự mở máy của các động cơ, có trị số phụ thuộc vào loại
động cơ, vị trí giữa chỗ đặt bảo vệ với các động cơ, sơ đồ mạng điện (k
mm
= 2 ÷ 3).
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 7 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
k

tv
- hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, để đảm bảo sự làm
việc ổn định của bảo về khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của các
động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không tác động
(k
tv
= 0,85 ÷ 0,95).
I
kđ
- dòng khởi động
I
lvmax
- dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định
trong chế độ cực đại của hệ thống.
Dòng điện làm việc phía sơ cấp:

l max
.
.
at mm
kds v
tv
k k
I I
k
=
Trong một số trường hợp thì dòng điện vào Rơle khác với dòng vào thứ cấp
của BI

[ ]

3
at mm
kdt lvmax
i tv
k .k .k
I .I
n .k
sd
=
Trong đó: n
i
- tỉ số biến của BI

[ ]
3
sd
k
- hế số sơ đồ đấu dây giữa BI và Rơle
b.Thời gian tác động
 Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập:
- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng
cấp. Bảo vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ I
KĐ
trong trường hợp này được xác
định bởi:
max
.
.
RL

at mm
kd lv
tv i
k k
I I
k n
= ×
Trong đó:
I
lvmax
: dòng điện làm việc lớn nhất.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 8 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
k
at
: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có
ngắn mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số
10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động).
k
mm
: hệ số mở máy, có thể lấy K
mm
= (1.5 ÷ 2,5).
k
tv
: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong
khoảng (0,85 ÷ 0,95). Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv ở đây xuất phát từ yêu cầu
đảm bảo sự làm việc ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự
mở máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ
không được tác động.

Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:
Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo
vệ rơle hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn
thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời
gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó ( tính từ phía phụ tải về
nguồn).

( 1) axn n m
t t t
−
= + ∆
Trong đó:
t
n
: thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.
t
(n-1)max
: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ
đứng trước nó (thứ n).
Δt : bậc chọn lọc về thời gian.
 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc :
Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó
thực hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được
tính tác động nhanh của bảo vệ. Một trong những phương pháp khắc phục là người
ta sử dụng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. Hiện nay các
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 9 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
phương thức tính toán chỉnh định rơle quá dòng số với đặc tính thời gian phụ
thuộc do đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn nên trên thực tế vẫn chưa được
thống nhất về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm định

các giá trị đặt.
Hình 1: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong
lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập
Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các
đường dây có dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Trong
trường hợp này nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi không đảm bảo các
điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt sự cố, ổn định của hệ thống Hiện nay người ta
có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ
thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập.
Thời gian bảo vệ được chọn theo công thức:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 10 Lớp : Đ5-H2
t
∆
t
∆
t
∆
3
t
4
t
2
t
1
t
6
t
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
0,02
*

0,14
.
1
SI p
t T
I
=
−
;
*
13,5
. ,
1
VI p
t T s
I
=
−
;
2
*
80
.
1
EI
t Tp
I
=
−
Vùng tác động:

vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần đường
dây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự
phòng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian là
Δt.
Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại được đặc trưng bằng hệ số K
n
:
kd
Nmm
nh
I
I
K =
Hệ số độ nhạy là tỷ số dòng qua bảo vệ khi có ngắn mạch trực tiếp ở cuối
cùng của bảo vệ với dòng điện khởi động nó.
Yêu cầu về độ nhạy là: - Đối với bảo vệ chính thì K
n
≥ 1,5
- Đối với bảo vệ dự phòng thì K
n
≥ 1,2
- Vùng tác động:
Vùng tác động của Rơle bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần
đường dây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng
làm dự phòng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn một cấp
thời gian Δt
c. Độ nhạy : tính theo dòng khởi động
minN
N
kd

I
k
I
=
Trong đó : I
Nmin
: dòng ngắn mạch min
I
kd
: dòng khởi động
d.Đánh giá
- Bảo vệ đơn giản, chắc chắn, có độ tin cậy cao
- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian theo nguyên tắc bậc thang
vì thế thời gian tác dộng đầu nguồn lớn. Có thể khắc phục điều này bằng đặc tính
thời gian phụ thuộc. Tuy nhiên tính toán sẽ phức tạp hơn.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 11 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
- Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do dòng khởi động tính theo dòng làm việc
max ( có xét đến hệ số mở máy).
e.Phạm vi áp dụng
- Chỉ áp dụng cho lưới hình tia có một nguồn cung cấp.
- Dùng làm bảo vệ chính cho đường dây trung áp.
- Dùng làm bảo vệ dự phòng cho các đường dây truyền tải, máy phát điện,
máy biến áp.
2.1.2.Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: ( I>>; 50 )
Đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn
mạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy
hiểm càng cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây
trong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50).
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách

chọn lọc dòng điện khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo
vệ khi có ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ (cuối cùng bảo vệ của phần tử
được bảo vệ), bảo vệ dòng cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian rất bé.
Bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất
kỳ với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly
nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ
không bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm
lớn nhất của bảo vệ này.
Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải
được chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch ba
pha trực tiếp) đi qua chỗ đặt Rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ.
Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp thì giá trị dòng điện khởi
động của bảo vệ cắt nhanh đặt tại thanh góp A là:
ngmaxNatkd
.IkI =
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 12 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
Trong đó: k
at
- hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng của sai số do tính ngắn mạch, do
cấu tạo của Rơle, thành phần không chu kỳ trong dòng ngắn mạch và của biến
dòng. Với Rơle cơ thì k
at
= 1,2 ÷ 1,3 còn với Rơle số thì k
at
= 1,15.
I
Nngmax
- dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch
ngoài vùng bảo vệ. Ở đây là dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp tại thanh góp B.

Ưu điểm: Làm việc 0 giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.
Nhược điểm: Chỉ bảo vệ được một phần đường dây 70 - 80%
Phạm vi bảo vệ không cố định phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch và chế độ
làm việc hệ thống. Chính vì vậy bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thể là bảo vệ
chính của một phần tử nào đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác.
2.2. Bảo vệ dòng điện có hướng:
- Nguyên tắc tác động:
Để tăng cường tính đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, hiện nay
người ta thường thiết kế các mạng hình vòng và mạng có hai đầu cung cấp điện.
Đối với loại mạng này thì bảo vệ dòng cực đại có thời gian làm việc chọn theo
nguyên tắc từng cấp, không đảm bảo cắt ngắn mạch một cách chọn lọc được.
Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ làm việc theo trị số dòng điện tại
chỗ nối Rơle và góc pha giữa dòng điện ấy với điện áp trên thanh góp có đặt BU
cung cấp cho bảo vệ, bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện vượt quá giá trị định trước
và góc pha của nó (góc hợp với U và I vào Rơle) phù hợp với trường hợp ngắn
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 13 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
mạch trên đường dây được bảo vệ. Chính vì vậy bảo vệ dòng điện có hướng là bảo
vệ dòng cực đại cộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và
điện áp.

( a ) (b) Bảo vệ dòng điện
có hướng đường dây 2 mạch song song (a)
Cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ ( b )
Với sơ đồ trên, nếu sử dụng bảo vệ quá dòng điện thông thường thời gian làm
việc của các bảo vệ được chọn như sau :
t
2
= t
4

= t
5
+ Δt
t
1
= t
3
= t
2
+ Δt
Δt = ( 0,3 ÷ 0,5 )
Khi các bảo vệ 2 và 4 có trang bị bộ phân định hướng công suất đi từ thanh
góp vào đường dây thì không cần phối hợp thời gian tác động giữa BV5, vì khi
ngắn mạch trên D
3
< N
3
, các bảo vệ 2 và 4 sẽ không làm việc. Trong trường
hợp này các bảo vệ 1 và 3 sẽ phối hợp thời gian trực tiếp với BVS.
Vì vậy thời gian làm việc của các bảo vệ này sẽ được giảm đi còn thời gian t
2

và t
4
có thể chọn bé tùy ý.
Cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ được thể hiện bằng hình vẽ sau :
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 14 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ

Sinh Viên : Trần Văn Bốn 15 Lớp : Đ5-H2

Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện có hướng trong lưới
điện có hai nguồn cung cấp.
Phạm vi ứng dụng : bảo vệ quá dòng điện có hướng được sử dụng trong các
mạng kín có một nguồn cung cấp, mạng hở có 2 nguồn cung cấp, còn đối với
các mạng phức tạp như mạng kín có 2 nguồn cung cấp trở nên hoặc mạng vòng
có một nguồn cung cấp cho đường chéo không qua nguồn thì không thể dùng
bảo vệ này được.
2.3. Bảo vệ khoảng cách:
- Nguyên tắc tác động:
Bảo vệ dòng cực đại có hướng và không hướng, việc chọn thời gian theo
nguyên tắc từng cấp đôi khi quá lớn. Trong mạng vòng có số nguồn ≥ 2 hoặc
mạng vòng có 1 nguồn nhưng có đường chéo không qua nguồn thì không đảm bảo
cắt chọn lọc phần tử hư hỏng. Vì vậy ta phải tìm nguyên tắc bảo vệ khác vừa đảm
bảo tác động nhanh, vừa chọn lọc và có độ nhạy đối với mạng phức tạp. Một trong
các bảo vệ đó là bảo vệ khoảng cách.
Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có bộ phận cơ bản là bộ phận đo khoảng
cách làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch. Thời
gian làm việc của bảo vệ phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp vào Rơle, dòng vào
Rơle và góc lệch pha giữa chúng. Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách
tăng từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt bảo vệ, bảo vệ gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian
làm việc bé nhất vì thế bảo vệ khoảng cách về nguyên tắc đảm bảo cắt chọn lọc
đoạn hư hỏng trong mạng có cấu hình bất kỳ với số nguồn cung cấp tuỳ ý và thời
gian làm việc tương đối bé.
-Nguyên lý làm việc:
Trong trường hợp chung, bảo vệ khoảng cách có các bộ phận chính sau:
+ Bộ phận khởi động: có nhiệm vụ khởi động bảo vệ vào thời điểm phát sinh sự
cố, kết hợp với các bảo vệ khác làm bậc bảo vệ cuối cùng. Bộ phận khởi động
thường được thực hiện nhờ Rơle dòng cực đại hoặc Rơle tổng trở cực tiểu.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 16 Lớp : Đ5-H2

Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
+ Bộ phận khoảng cách: đo khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến điểm hư hỏng,
thực hiện nhờ Rơle tổng trở.
+ Bộ phận tạo thời gian: tạo thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến
điểm hư hỏng, được thực hiện bằng một số Rơle thời gian khi bảo vệ có đặc tính
thời gian nhiều cấp.
+ Bộ phận định hướng công suất: để tránh bảo vệ tác động nhầm khi hướng công
suất ngắn mạch từ đường dây được bảo vệ đi vào thanh góp của trạm, được thực
hiện bằng các Rơle định hướng công suất riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phận
khởi động và khoảng cách.
2.4. Bảo vệ dòng điện thứ tự không :
Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:
Những mạng có dòng chạm đất lớn là những mạng có trung tính nối đất
trực tiếp. Những mạng này đòi hỏi bảo vệ phải tác động cắt máy cắt khi có ngắn
mạch 1 pha.
Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ được trình bày như hình vẽ sau:

Ta thấy bảo vệ dùng ba biến dòng đặt ở 3 pha làm đầu vào cho 1 rơ le.
Dòng vào rơ le bằng:
I
R
= I
a

+ I
b
+ I
c
Ta có:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 17 Lớp : Đ5-H2

Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
I
a
= (I
A
- I
Aμ
).
T
S
W
W
Nên:
I
R
= I
a
+ I
b
+ I
c
= (I
A
+ I
B
+ I
C
).
T
S

W
W
- (I
Aμ
+ I
Bμ
+ I
Cμ
).
T
S
W
W
Hay là: I
R
=
i
0
n
I3
- I
kcb
Với: I
kcb
= (I
Aμ
+ I
Bμ
+ I
Cμ

).
T
S
W
W
: là thành phần dòng không cân bằng, sinh
ra do sự không đồng nhất của các BI.
Sơ đồ chỉ làm việc khi xảy ra ngắn mạch 1 pha. Còn khi ngắn mạch giữa
các pha thì bảo vệ không tác động do thành phần 3 I
0
bằng 0.
- Dòng khởi động:
Dòng khởi động được chọn như sau:
I
kđ

≥
I
kcbtt0
Tức là: I
kđR
= k
at
.
i
kcbtt
n
I
, n
i

: tỉ số biến của BI
- Thời gian tác động:
Thời gian làm việc của bảo vệ cũng được chọn theo nguyên tắc từng cấp để
đảm bảo tính chọn lọc nhưng chỉ áp dụng trong mạng trung tính nối đất trực tiếp.
 Bảo vệ chống ngắn mạch 1 pha có thời gian làm việc bé hơn so với
bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch giữa các pha và có độ nhạy cao
hơn.
- Áp dụng: trong các mạng có trung tính nối đất trực tiếp.
Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:
- Nhiệm vụ: Bảo vệ cho các mạng có trung tính cách đất, hoặc nối đất qua cuộn
dập hồ quang, thường áp dụng cho các đường dây cáp.
- Sơ đồ nguyên lý:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 18 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
Vì giá trị dòng chạm đất bé nên những bảo vệ nối pha rơ le toàn phần
không thể làm việc với những dòng chạm đất nhỏ như vậy. Nên thực tế người ta
phải dùng các bộ lọc thành phần thú tự không như hình vẽ sau:
Ở điều kiện bình thường, ta có: I
A
+ I
B
+ I
C
= 0, từ thông trong lõi thép bằng
0 và mạch thứ cấp không có dòng điện nên I
2
= 0, rơ le không làm viêc.
Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3I
0
chạy vào rơ le nên rơ le tác động.

- Dòng khởi động:
Dòng khởi động được xác định theo điều kiện chọn lọc, bảo vệ không được tác
động khi chạm đất ngoài hướng được bảo vệ
2.5.Bảo vệ so lệch dòng điện:
-Nhiệm vụ: làm bảo vệ chính cho các đường dây, đặc biệt là các đường dây quan
trọng, làm nhiệm vụ chống ngắn mạch.
- Sơ đồ nguyên lý làm việc:
N2
N1
I
T1
I
T2
? I
RL
BI1 BI2
P
I
S1
I
S2
A B
Vuùng b
?
o v
?
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện có dạng như sau:
Dòng vào rơ le:
.
R

I
=
.
.
2T1T
.
sl
IIII −=∆=
, gọi là dòng so lệch.
Xét tình trạng làm việc bình thường của bảo vệ. Giả sử ngắn mạch tại N1:
dòng ngắn mạch từ A đến. Ta có:
I
S1
= I
S2
I
T1
= I
T2
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 19 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
I
R
= 0 (trường hợp lý tưởng). Rơ le không tác động.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ N2. Ta có: I
S1

≠
I
S2

, nên I
T1
≠
I
T2
, nên
I
R
= I
T1
– I
T2
≠
0. Nếu
.
R
I
>I
KĐ
thì rơ le tác động.
- Dòng khởi động:
Để bảo vệ so lệch làm việc đúng ta phải chỉnh định dòng khởi động của bảo
vệ lớn hơn dòng không cân bằng lớn nhất khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.
Tức là: I
Kđ
= k.I
kcbttmax
Trong đó:
I
kcbttmax

= k
đn
.k
kck
.f
imax
.I
NMNmax
Với:
k
đn
: hệ số kể tới sự đồng nhất của các BI, bằng 0 khi các BI cùng
loại, và có cùng đặc tính từ hóa, hoàn toàn giống nhau, có dòng I
SC
như nhau.
k
đn
= 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không.
k
kck
: hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch
ngoài.
I
NMNmax
: thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất.
f
imax
= 0,1: sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định.
- Vùng tác động:
Bảo vệ so lệch có vùng tác động được giới hạn bởi vị trí đặt của 2 tổ BI ở

đầu và cuối đường dây được bảo vệ, là loại bảo vệ có tính chất tác động chọn lọc
tuyệt đối, không có khả năng làm dự phòng cho các bảo vệ khác.
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 20 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
B. Phần tính toán:
Các thông số:
Hệ thống: S
Nmax
= 2500 MVA; S
Nmin
= 2200 MVA; X
ht
= 1
Trạm biến áp: S = 40 MVA; U
1
/U
2
= 115/24; U
K
% = 11,5
Đường dây:
Đường dây Dài (km) Loại dây
Tổng trở đơn vị
thứ tự thuận
Tổng trở đơn vị
thứ tự không
1 11 AC-120 0,27 + j0,423 0,81 + j1,269
2 6 AC-95 0,33 + j0,429 0,99 + j1,287
Đường dây 1: Phụ tải có P
1

= 5 MW; cosφ
1
= 0,87
Đường dây 2: Phụ tải có P
2
= 4 MW; cosφ
2
= 0,85
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 21 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
CHƯƠNG I : CHỌN MÁY BIẾN DÒNG
Chọn tỷ số biến đổi máy biến dòng BI
1
, BI
2
dùng cho bảo vệ đường dây D
1
,
D
2
. Dòng điẹn sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn.
Dòng thứ cấp lấy bằng 1A.
Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:
Tdd
Sdd
I
I
n
i
=

- Chọn I
Sdd
≥ I
lvmax
= I
cb
: dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI
- Chọn I
Tdd
= 1A
Dòng điện làm việc trên đường dây 2 là:
3
2
2lvmax pt2max
dm 2
P 4.10
I 1,4I 1,4. 1,4. 172,896 A
3.U .cos 3.22.0,85
φ
= = = =
Dòng điện làm việc trên đường dây 1 là:
1
1lvmax pt1max 2lvmax 2lvmax
dm 1
3
P
I 1,4I I 1,4. I
3.U .cos
5.10
1,4. 172,896 384,048 A

3.22.0,87
φ
= + = +
= + =
Tỷ số của máy biến dòng điện:
Tdd
Sdd
i
I
I
n =
với I
Tdđ
= 1A
Dòng điện sơ cấp danh định của BI
1
là: I
1
= 384,048 A
Tỷ số biến dòng:
Sdd
1
Tdd
I
400
n
I 1
= =
Dòng điện sơ cấp danh định của BI
2

là: I
2
= 172,896 A
Tỷ số biến dòng:
Sdd
2
Tdd
I
200
n
I 1
= =
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 22 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
2.1. Vị trí các điểm ngắn mạch:
Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua:
- Bão hoà từ
- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của máy biến áp và cả đường dây
- Ảnh hưởng của phụ tải
2.1.1. Các đại lượng cơ bản:
Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng ta chọn:
Công suất cơ bản: S
cb
= S
đmB
= 40MVA
Điện áp cơ bản: U
cb
= U

tb các cấp
= 1,05U
đm i
= (115; 23)
E
HT
= 1
2.1.2. Điện kháng các phần tử:
• Hệ thống:
Nmax
Nmin
S 2500 MVA
S 2200 MVA
=
=
Giá trị điện kháng thứ tự thuận:
Chế độ cực đại:
cb
1HTmax
Nmax
S
40
X 0,016
S 2500
= = =
Chế độ cực tiểu:
cb
1HTmin
Nmin
S

40
X 0,018
S 2200
= = =
Giá trị điện kháng thứ tự không:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 23 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
Chế độ cực đại:
0HTmax 1HTmax
X X 0,016= =
Chế độ cực tiểu:
0HTmin 1HTmin
X X 0,018= =
• Máy biến áp:
N cb
B1
dmB
U % S
11,5 40
X . 0,115
100 S 100 40
= = =
• Đường dây:
Chia đường dây D
1
, D
2
lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau. Ta có:
Giá trị điện kháng thứ tự thuận:
cb

1D11 1D12 1D13 1D14 1 1
2 2
cb
S
1 1 40
X X X X X L .0,423.11. 0,088
4 U 4 23
= = = = = =
cb
1D21 1D22 1D23 1D24 2 2
2 2
cb
S
1 1 40
X X X X X L .0,429.6. 0,049
4 U 4 23
= = = = = =
Giá trị điện kháng thứ tự không:
cb
0D11 0D12 0D13 0D14 01 1
2 2
cb
S
1 1 40
X X X X X L .0,1269.11. 0,264
4 U 4 23
= = = = = =
cb
0D21 0D22 0D23 0D24 02 2
2 2

cb
S
1 1 40
X X X X X L .0,1287.6. 0,146
4 U 4 23
= = = = = =
2.2. Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại:
Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp
các thành phần đối xứng. Điện áp và dòng điện được chia thành ba thành phần:
thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không.
Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không:
Xét các điểm ngắn mạch:
Dòng ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch được tính theo công
thức:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 24 Lớp : Đ5-H2
Đồ Án Môn Học Rơ Le GVHD : TS. Vũ Thị Anh Thơ
)(
1
)(
1
1
n
n
N
XX
I
∆
+
∑
=

với: X
Δ
(n)
là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n.
Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức:
)(
1
)(
.
n
N
n
N
ImI =
Ta có bảng tóm tắt sau:
Dạng ngắn
mạch
(n)
Δ
X
)(n
m
N
(1)
∑
+
∑
02
XX
3

N
(2)
∑
2
X
3
N
(1,1)
∑∑
02
//XX
2
02
02
)X(X
.XX
1.3
∑∑
∑∑
+
−
N
(3)
0 1
Ngắn mạch một pha chạm đất N
(1)
:
a1a0
II =
Ngắn mạch hai pha chạm đất N

(1,1)
:
∑∑
∑
+
=
02
2
10
.
XX
X
II
aa
Dòng ngắn mạch thứ tự không tại điểm ngắn mạch là:
a00
3.II =
2.2.1.Ngắn mạch tại điểm N
1
: (chế độ cực đại)
Sơ đồ thứ tự thuận, nghịch, không:
Ta có:
1 max 2 max 0 max 1HTmax B
X X X X 0,016 0,115 0,131X
Σ Σ Σ
= = = + = + =
• Ngắn mạch ba pha N
1
(3)
:

Sơ đồ thay thế:
Sinh Viên : Trần Văn Bốn 25 Lớp : Đ5-H2
E
HT
X
HT
X
B
X
HT
X
B
N
1
N
1
X
HT
X
B
N
1