-Chơng iiitự động đóng trở lại nguồn điện ( tđl )

3.1 ý nghĩa của TĐL, phân loại, các yêu cầu đối với TĐL

3.1.1 Mục đích và phân loại thiết bị TĐL
Phân tích số liệu thống kê về sự cố của đờng dây trên không cho thấy có đến
80 90% h hỏng mang tính thoáng qua, giới hạn dới (~80%) thờng gặp trong lới
6 110kV còn giới hạn trên thờng gặp đối với các đờng dây trên không từ 220kV trở
lên.
Những h hỏng thoáng qua nh vậy thờng xảy ra do sứ bị phóng điện bề mặt, do sét
đánh hoặc do gió mạnh làm dây dẫn chạm nhau hoặc chạm phải các vật bên
cạnh
Khoảng 10 20% các trờng hợp h hỏng còn lại là duy trì hoặc bán duy trì.
H hỏng bán duy trì có thể do vật lạ (cây cối, rắn, dây diều ) vắt qua đ ờng dây
gây ngắn mạch và sẽ đợc loại trừ sau khi tia lửa điện (hồ quang) đã đốt cháy vật lạ. H
hỏng duy trì có thể do đứt dây dẫn rơi chạm đất, h hỏng cách điện đờng dây hoặc quên
gỡ dây nối đất khi đóng điện sau sửa chữa.
Nh vậy đa số trờng hợp hỏng hóc trên đờng dây tải điện trên không nếu sau khi
cắt máy cắt một khoảng thời gian đủ để cho môi trờng chỗ h hỏng khôi phục lại tính
chất cách điện, ta đóng trở lại đờng dây thì đờng dây có thể tiếp tục làm việc bình thờng, nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, giữ vững chế độ đồng bộ và
ổn định của hệ thống.
Các thiết bị tự động đóng lại (viết tắt là TĐL) có thể đợc phân loại:
+ Theo số lần đóng lại: một lần hoặc hai lần. Đối với loại ngắn mạch bán duy trì
có thể sau lần cắt máy cắt đầu tiên nguyên nhân gây ngắn mạch cha đợc loại trừ (vật lạ
gây ngắn mạch cha bị đốt cháy hoàn toàn) nên khi đóng lại nguồn điện lại phát sinh sự
cố và hồ quang lần này có thể đốt cháy hoàn toàn vật lạ và nếu đóng lại lần thứ hai sẽ
thành công. TĐL hai lần thờng chỉ áp dụng cho lới 110kV trở xuống. Xác suất thành
công của lần đóng lại thứ hai thờng không quá 10%, tuy nhiên độ hao mòn máy cắt và
ảnh hởng xấu đến ổn định của hệ thống hạn chế khả năng áp dụng TĐL nhiều lần. Sau
số lần tác động đã đợc qui định thiết bị TĐL sẽ bị khoá lại.
+ Theo số pha thực hiện TĐL: phân biệt TĐL 3 pha và TĐL 1 pha. Trong sơ đồ

TĐL 3 pha khi h hỏng một hay nhiều pha, thiết bị bảo vệ sẽ cắt cả 3 pha và TĐL cả 3
pha. Để thực hiện TĐL 1 pha, máy cắt điện và bộ truyền động làm việc riêng rẽ cho
từng pha, sơ đồ bảo vệ phát hiện sự cố rieng từng pha để cắt máy cắt của pha bị h hỏng
và TĐL lại pha đó. Trong thời gian sự cố một pha, hai pha không bị sự cố vẫn làm việc
bình thờng. Nếu ngắn mạch một pha là duy trì, sau khi TĐL không thành công bảo vệ
sẽ tác động cắt cả ba pha và khoá thiết bị TĐL lại.
TĐL 1 pha 1 lần thờng dùng cho các đờng dây tải điện siêu cao còn TĐL 3 pha
thờng dùng cho mọi cấp điện áp từ 220kV trở xuống.
+ Theo sự cần thiết phải kiểm tra đồng bộ: khi thực hiện TĐL 3 pha đờng dây có
hai nguồn cung cấp, nếu thời gian đóng trở lại kéo dài cần phải kiểm tra đồng bộ của

17


nguồn điện ở hai đầu đờng dây. Với các đờng dây đợc cung cấp từ một phía có thể sử
dụng TĐL không cần kiểm tra đồng bộ.
Muốn cắt và đóng nhanh chóng
trở lại đờng dây, ngời ta dùng các
thiết bị bảo vệ rơ le kết hợp với các
thiết bị tự động đóng trở lại nguồn
điện ( TĐL ) nh hình 3 - 1.
Nguyên lý làm việc: khi có ngắn
mạch trên đờng dây, bảo vệ tác động
gửi tín hiệu đến cuộn cắt (CC) đi cắt
máy cắt điện. Sau một thời gian TĐL
làm việc gửi tín hiệu đến cuộn đóng
(CĐ) đi đóng trở lại máy cắt.

MC



+

CC

RL
CĐ

TĐL

+

Hình 3 1
Sơ đồ các thiết bị tự động đóng trở lại nguồn điện

3.1.2 Những yêu cầu chính đối với tđl
Khi đặt thiết bị TĐL cần phải chú ý các yêu cầu sau:
1- Tác động nhanh: Theo quan điểm bảo đảm cung cấp điện liên tục cho các phụ
tải và đảm bảo ổn định của hệ thống thìđóng lại nguồn điện càng nhanh càng tốt. Tuy
nhiên tốc độ của TĐL bị hạn chế bởi điều kiện khử ion hoàn toàn tại chỗ bị ngắn mạch,
để khi đóng trở lại nguồn điện ngắn mạch không thể tái phát trở lại.
2- TĐL phải tự động trở lại vị trí ban đầu sau khi đã tác động để chuẩn bị cho
các lần làm việc sau
3- TĐL không đợc tác động lặp đi lặp lại. Không nên lẫn lộn vấn đề này với vấn
đề TĐL một lần hoặc nhiều lần ở trên. Cần phải đề ra yêu cầu này để tránh hiện t ợng
máy cắt đóng lặp đi lặp lại khi ngắn mạch tồn tại lâu dài đẫn đến hậu quả làm hỏng
máy cắt.
4- Khi mở máy cắt bằng tay TĐL không đợc làm việc. Mở máy cắt điện bằng tay
nghĩa là không muốn cho thiết bị điện làm việc trong một khoảng thời gian nào đó, nó
cũng tơng tự nh trờng hợp ngắn mạch còn tồn tại lâu dài. Trong cả hai trờng hợp trên

dù TĐL có tác động cũng chắc chắn không có kết quả, do đó không cần phải cho nó
làm việc, tốt nhất là khoá TĐL lại.
5- Khi đóng máy cắt điện bằng tay thì thiết bị TĐL không đợc làm việc. Nếu sau
khi đóng máy cắt điện bằng tay mà rơ le bảo vệ tác động mở máy cắt thì chính là trong
lơí điện còn có chỗ tồn tại ngắn mạch ( quên cha gỡ bộ phận tiếp địa an toàn dùng
trong khi sửa chữa lới điện, hoặc cha phát hiện hết chỗ ngắn mạch v.v) Trong trờng hợp
này thì nếu cho thiết bị TĐL làm việc chắc chắn sẽ không kết quả.

3.2 nguyên tắc thực hiện tđl

Đối với các thiết bị TĐL bằng điện có hai phơng pháp khởi động: Khởi động
bằng bảo vệ rơ le và khởi động bằng phơng pháp không tơng ứng.

18


1. Khởi động bằng bảo vệ rơ le
Khi có ngắn mạch, bảo vệ rơ le
tác động động một mặt cho xung đi
cắt máy cắt mặt khác cho xung đi
khởi động TĐL. Vì vậy TĐL chỉ làm
việc sau khi máy cắt đã mở do ngắn
mạch (hình 3 2,a)



MC
BVRL

TĐL


Hình 3 2,a
Khởi động TĐL bằng bảo vệ rơ le

2. Khởi động bằng sự không tơng ứng giữa vị trí của máy cắt (đã cắt ra) và vị
trí của khoá điều khiển (đang ở vị trí đóng)
ở trạng thái vận hành bình thờng, máy
cắt đóng, tiếp điểm phụ thờng đóng của máy
cắt mở ra, bộ TĐL không thể khởi động đợc
(hình 3 - 2,b).
Vì một lý do nào đó máy cắt đột nhiên
mở ra (bảo vệ rơ le làm việc lúc ngắn mạch,
hoặc tuột chốt hãm của máy cắt,
v v...)
tiếp điểm thờng đóng của máy cắt

+

_
C1 CC C

Đ ĐC Đ1

MC

TĐL

Hình 3 - 2,b
Khởi động TĐL bằng sự không tương ứng


đóng lại. Lúc này khoá điều khiển K vẫn đang ở vị trí đóng nên có dòng điện chạy theo
mạch + KĐK MC TĐL - . Thiết bị TĐL sẽ khởi động.
Phơng pháp khởi động TĐL này hiện nay đợc sử dụng rất rộng rãi vì nó bảo đảm
đóng trở lại máy cắt không những trong trờng hợp ngắn mạch mà còn cả trong những
trờng hợp ngẫu nhiên khác. Vì vậy sau đây chúng ta chỉ khảo sát các sơ đồ khởi động
TĐL bằng sự không tơng ứng.

3.3 các đại lợng thời gian trong quá trình TĐL
+ Thời gian làm việc của bảo vệ: thời giantừ lúc bảo vệ nhận tín hiệu sự cố đến
lúc phát tín hiệu cắt máy cắt.
+ Thời gian cắt của máy cắt điện: thời gian từ lúc mạch cắt của máy cắt đợc
mang điện đến lúc hồ quang đợc dập tắt.
+ Thời gian tồn tại của hồ quang điện trong máy cắt điện: thời gian từ khi cá đầu
tiếp xúc chính của máy cắt điện tách nhau ra (phát sinh ra hồ quang) đến khi hồ quang
điện bị dập tắt.
+ Độ dài xung đóng của TĐL: là khoảng thời gian tiếp điểm đầu ra của TĐL ở
trạng thái kín.
+ Thời gian đóng của máy cắt điện: thời gian từ lúc mạch đóng của máy cắt đợc
mang điện đến khi tiếp điểm chính của máy cắt đợc thông mạch.
+ Thời gian khử ion: thời gian cần thiết để vùng không khí chỗ sự cố khôi phục
lại tính chất cách điện (đợc khử ion) đảm bảo cho khi đóng điện trở lại không phát sinh
hồ quang lần nữa. Thời gian này phụ thuộc vào cấp điện áp, khoảng cách giữa các phần
mang điện, dòng điện sự cố, tốc độ gió và đièu kiện môi trờng, điện dung của các phần

19


tử lân cận với phần tử đợc TĐL, trong đó cấp điện áp đóng vai trò quyết định: nói
chung cấp điện áp càng cao thời gian khử ion càng dài.
Cấp điện áp (kV)

66
110
132
220
275
400

Thời gian khử ion tối thiểu (giây)
0,10
0,15
0,17
0,28
0,30
0,50

Trờng hợp TĐL một pha thời gian khử ion phải kéo dài hơn khi TĐL ba pha khi
TĐL một pha trong thời gian mất điện ở pha sự cố, tại chỗ ngắn mạch có thể phát sinh
và tồn tại hồ quang thứ cấp do các liên hệ điện dung và hỗ cảm giữa các pha không h
hỏng còn đang mang điện với pha sự cố đã đợc cắt điện.
+ Thời gian sẵn sàng của TĐL: thời gian từ lúc tiếp điểm của rơ le TĐL khép lại
gửi tín hiệu đóng máy cắt đến khi nó sẵn sàng làm việc cho chu kỳ tiếp theo.
+ Thời gian tự động đóng trở lại (t TĐL): thời gian từ lúc TĐL đợc khởi động đến
lúc mạch đóng của máy cắt đợccấp điện.
+ Thời gian chết (hoặc thời gian không điện dead time): thời gian từ lúc hồ
quang điện bị dập tắt đến lúc tiếp điểm chính của máy cắt tiếp xúc trở lại.
+ Thời gian dao động của hệ thống: khoảng thời gian từ lúc phát sinh sự cố đến
khi máy cắt đóng trở lại thành công. Đúng ra thời gian này nên gọi là thời gian ảnh h ởng hoặc thời gian gây nhiễu loạn hệ thống (System Disturbance Time).
Quan hệ giữa các đại lợng thời gian trong quá trình tự động đóng lại nguồn điện
trình bày trên các hình 3.3,a.
Bảo vệ


t0

Tác động

tBV

Trở về
(a)

t5

t1

Cuộn cắt được cấp điện
Cuộn cắt được cấp điện
Đầu tiếp xúc ở vị trí (Đ) cuối cùng
Hồ quang được dập tắt

Máy cắt

Hình 3.3
Quan hệ giữa các đại
lượng thời gian trong
quá trình tự động đóng
lại nguồn điện (a)
ví dụ đối với máy cắt
điện trung áp, đóng cắt
bằng điện từ (b)
và máy cắt điện siêu

cao áp 400kV truyền
động bằng khí nén (c)

t0

t1

t2

Đầu tiếp xúc
tách ra

t3

tCMC

t4

t6

Đầu tiếp xúc ở
vị trí cuối cùng

t7

t8

Đầu tiếp xúc
chạm nhau


Thời gian mất điện
(Dead Time)

tĐMC

Thời gian sự cố (dao động) của hệ thống
(System Disturbance time)

t1

t2

0.06

t3
0.1

t6
0.1

t7
0.3

0.4
Thời gian chết tối thiểu theo điều
kiện kỹ thuật của máy cắt
0.035

0.045


20

0.065
0.2 - 0.3

t8

t(S)

(b)

0.32

t(S)
0.02

(c)


Ví dụ đối với trờng hợp máy cắt điện trung áp 11kV đóng cắt bằng cuộn điện từ
và máy cắt điện siêu cao áp 400kV truyền động bằng khí nén trình bày trên các hình
3.3,b và 3.3c tơng ứng.
Trong chu trình TĐL, đại lợng thời gian chết (thời gian không điện) có ý nghĩa
quan trọng, nó ảnh hởng đến việc nhanh chóng phục hồi cung cấp điện và đảm bảo giữ
ổn định cho hệ thống.
Thông thờng khi TĐL một pha khoảng thời gian này từ 0,4 đến 1,2s, khi TĐL ba
pha có kiểm tra đồng bộ từ 1 đến 5s.

3.4 phối hợp giữa bảo vệ rơ le và Tự động Đóng Lại
đờng dây tải điện


Có nhiều cách phối hợp tác động giữa thiết bị bảo vệ và tự động đóng lại đờng
dây tải điện. Sau đây sẽ xét một số cách phối hợp thờng dùng.
1- Tăng tốc độ của bảo vệ trớc TĐL: thờng dùng với các đờng dây có một
nguồn cung cấp (Hình 3.4).
(a)

TĐL
KCL
CL

CL
N

MC1

CL

t2

MC2

t1

N2

t2

t


(b)

N3

MC2
N1

t

t1

t

t0

t3

L

IN
(c)

Ipt

t1

Ngắn mạch

IN
(d)


Bảo vệ cắt ngắn mạch

t0

Ipt

Ipt
td

(e)

IN

t0

Ipt
td

t

Cắt không chọn lọc

TĐL thành công (ngắn mạch thoáng qua)

IN

td

Cắt chọn lọc sự cố


TĐL vào ngắn mạch duy trì

21

Hình 3.4
Sơ đồ lưới điện (a) giải
thích tăng tốc độ của bảo
vệ trước TĐL, đặc tính
thời gian của bảo vệ (b) và
diễn biến của dòng điện
trên đường dây khi ngắn
mạch không có TĐL (c),
tăng tốc độ bảo vệ trước
TĐL thành công (d) và
không thành công (e).
td- thời gian chết trước TĐL


Đờng dây có nhiều phân đoạn, mỗi phân đoạn đợc trang bị một bộ bảo vệ chọn
lọc CL (chẳng hạn bảo vệ quá dòng điện có đặc tính thời gian độc lập). ở đoạn đầu
nguồn ngời ta đặt thêm một bộ bảo vệ không chọn lọc KCL (chẳng hạn bảo vệ dòng
điện cắt nhanh) và thiết bị TĐL tác động một lần. Dòng khởi động của bảo vệ cắt
nhanh chọn theo hai điều kiện :
+ Bảo vệ phản ứng với mọi loại sự cố xảy ra trên tất cả các đoạn đờng dây ;
+ Bảo vệ không tác động khi h hỏng xảy ra sau các trạm biến áp (tại các điểm
N1, N2, N3).
Khi h hỏng xảy ra trên bất kỳ đoạn đờng dây nào, bảo vệ không chọn lọc sẽ tác
động tức thời cắt máy cắt đầu nguồn MC1. Sau đó thiết bị TĐL tác động đóng trở lại
MC1 đồng thời khoá bảo vệ KCL lại. Nếu ngắn mạch là duy trì thì các bảo vệ CL làm

việc với thời gian bậc thang đã chọn đảm bảo cắt chọn lọc đoạn sự cố. Nếu là ngắn
mạch thoáng qua, TĐL sẽ thành công và việc cung cấp điện đợc nhanh chóng phục hồi.
Trên hình 3.4 trình bày sơ đồ lới điện (a), đặc tính thời gian của các bảo vệ (b)
cùng diễn biến dòng điện trên đờng dây khi ngắn mạch không có TĐl (c), khi tăng tốc
độ của bảo vệ trớc TĐL thành công (d) và không thành công (e).
Việc phối hợp tác động giữa thiết bị bảo vệ rơ le và TĐL có thể thực hiện với
nhiều loại bảo vệ khác nhau. Sau đây sẽ xem xét đối với hai loại bảo vệ thờng gặp : bảo
vệ quá dòng điện và bảo vệ khoảng cách.
a) Bảo vệ quá dòng điện có thời gian độc lập hoặc phụ thuộc nh trên đã nói thờng
đợc sử dụng làm bảo vệ chính cho các đờng dây trung áp có nguồn cung cấp từ một
phía (hình 3.4). Khi có ngắn mạch trên đờng dây, bảo vệ cắt nhanh đặt ở đoạn đầu đờng dây sẽ làm việc, cắt tức thời đờng dây ra khỏi nguồn. Sau khoảng thời gian chết td
thì TĐL đóng trở lại MC1. Nếu ngắn mạch thoág qua TĐL sẽ thành công, các phụ tảI
đợc cấp điện trở lại. Nếu ngắn mạch duy trì, sau khi TĐL tác động, bảo vệ cắt nhanh sẽ
bị khoá lại và các bảo vệ chọn lọc sẽ cắt ngắn mạch theo trình tự thời gian đặt trớc. Sơ
đồ nguyên lý của việc phối hợp tăng tốc độ của bảo vệ quá dòng điện trớc TĐL đợc
trình bày nh trên hình 3.5.
Đóng

MC1
Cắt

TĐL
RI
t1
Khoá

&

Hình 3.5
Tăng tốc độ của

bảo vệ quá dòng
điện trước TĐL

b) Bảo vệ khoảng cách: Việc phối hợp với TĐL thực chất là thay đổi tổng trở
(hoặc chiều dài) của vùng tác động thứ nhất (với thời gian tác động t 1 0) khi TĐL làm

22


việc. Có hai phơng thức bảo vệ khác nhau: vùng I bị thu hẹp lại sau khi TĐL làm việc
và vùng I đợc mở rộng ra sau khi TĐL làm việc.
ở phơng thức đầu, bình thờng vùng I của bảo vệ đợc chỉnh định lớn hơn (khoảng
130%) chiều dài đờng dây đợc bảo vệ, vì vậy khi h hỏng bất kỳ điểm nào trên toàn bộ
đờng dây bảo vệ sẽ tác động cắt với thời gian bé nhất. Sau khi cắt máy cắt rơ le TĐL tự
động thay vị trí đặt của vùng I xuống còn 80 85% chiều dài của đờng dây (trị số đặt
bình thờng) sau đó mới tiến hành đóng trở lại máy cắt (hình 3.6). Nếu ngắn mạch là
duy trì các bảo vệ sẽ tác động cắt đờng dây theo thông số chỉnh định bình thờng.
A

B

TĐL

(a)

MC2
L
MC3

Z<

MC1

Hình 3.6
Phối hợp giữa bảo vệ
khoảng cách và TĐL.

LAB
t
(b)

Sau TĐL

tI
A

0.85 LAB

t

A

Trước TĐL

0.85 LAB

L

B
1.30 LAB
Sau TĐL


tI

(c)

tII

Trước TĐL

a) Sơ đồ lưới điện hình tia
có đặt bảo vệ khoảng cách.
b) Thu hẹp vùng tác động I
sau TĐL.
c) Mở rộng vùng tác động I
sau TĐl.

tII
L

B
1.30 LAB

ở phơng thức thứ hai, vùng I của rơ le khoảng cách đợc chỉnh định bình thờng,
khoảng 80 85% chiều dài đờng dây đợc bảo vệ (hình 3.6). Nếu ngắn mạch xảy ra ở
đầu đờng dây tiếp theo, bảo vệ khoảng cách đặt ở đờng dây này sẽ cắt với thời gian
ngắn nhất, rơ le khoảng cách ở đờng dây đợc bảo vệ sẽ trở về. Nếu ngắn mạch xảy ra ở
phần 15-20% cuối đờng dây đợc bảo vệ, bảo vệ khoảng cách ở đầu đờng dây sẽ không
trở về mà sau khi khởi động một thời gian ngắn sẽ tự động thay đổi (tăng) vùng tác
động I lên đến 130% chiều dài đờng dây, khi ấy sự cố cuối đờng dây sẽ đợc loại trừ với
thời gian gần bằng thời gian tI của vùng thứ nhất.

Việc phối hợp giữa bảo vệ rơ le và TĐL có thể tiến hành cho cả TĐL 3 pha lẫn
TĐL một pha trong đó TĐL 3 pha thờng đi kèm với các bảo vệ chống ngắn mạch nhiều
pha, còn TĐL 1 pha đi kèm với ngắn mạch một pha.
Trên hình 3.7 trình bày sơ đồ nguyên lý việc trao đổi các tín hiệu điều khiển khi
sử dụng TĐL 1 pha.
Với các đờng dây siêu cao áp, thông thờng ngời ta sử dụng hai hệ thống bảo vệ
độc lập nhau, mỗi hệ thống làm việc với một rơ le TĐL riêng biệt. Trong trờng hợp này
cũng cần phảI phối hợp giữa hai thiết bị TĐL với nhau bởi vì mỗi hệ thống bảo vệ có
thể có phản ứng khác nhau đối với những loại sự cố khác nhau. Việc phối hợp hai thiết
bị TĐL của hai hệ thống bảo vệ nhằm đảm bảo:

23


+ Khoá thiết bị TĐL thứ hai khi đã bắt đầu thời gian chết của thiết bị TĐL thứ
nhất.
+ Làm cho thời gian sẵn sàng của thiết bị TĐL thứ nhất cũng có tác dụng đối với
thiết vị TĐL thứ hai.
Việc phối hợp trên đây nhằm loại trừ khả năng gửi tín hiệu đóng trở lại 1 pha sau
khi TĐL 3 pha đã đợc khởi động.
I

A
B
C
Cắt

Z<

U


TĐL

Kiểm tra
lô gich cắt

Hình 3.7
Hệ thống trao đổi tín hiệu
giữa bảo vệ khoảng cách và
thiết bị TĐL khi thực hiện
đóng trở lại một pha

MC sẵn sàng

Cắt

Đóng
Đường dây

MC

Nếu hệ thống bảo vệ thứ hai làm nhiệm vụ dự phòng (tác động có thời gian) thì
chỉ cần dùng một bộ TĐL phối hợp với hệ thống bảo vệ thứ nhất.
Sơ đồ phối hợp giữa hai hệ thống bảo vệ độc lập và hai thiết bị TĐL trình bày trên
hình 3.8.
Tín hiệu vào

HTBV1

Cắt


Cắt

TĐL2

Tín hiệu vào

HTBV2

TĐL2
Máy sẵn
cắt sàng

Luồng dữ liệu

Hình 3.8
Hệ thống trao đổi tín hiệu giữa
hai bộ phận bảo vệ độc lập và
hai thiết bị TĐL đặt cho các đư
ờng dây truyền tải siêu cao áp

Đóng

Luồng tín hiệuđiều khiển

MC

2- Tăng tốc độ của bảo vệ rơ le sau TĐL.
Xét trên sơ đồ lới điện hình tia có một nguồn cung cấp với nhiều phân đoạn đờng
dây nối tiếp trên hình 3.9. ở mỗi phân đoạn đờng dây đều có bảo vệ chọn lọc (CL)

chẳng hạn quá dòng điện có thời gian, bảo vệ không chọn lọc (KCL) chẳng hạn quá
dòng cắt nhanh và thiét bị TĐL tơng ứng. Bảo vệ không chọn lọc chỉ đợc đa vào làm
việc sau khi thiết bị TĐL hoạt động. Thoạt đầu nếu ngắn mạch xảy ra trên một phân
đoạn nào đó chỉ có các bảo vệ chọn lọc ở phân đoạn đó làm việc và cắt sự cố với thời
gian cho trớc. Chẳng hạn nếu ngắn mạch tại điểm N2 trên đờng dây D2 bảo vệ chọn
lọc (CL2) trên đờng dây này sẽ cắt MC2 với thời gian t2. Khi MC2 cắt, thiết bị TĐL2
sẽ đợc khởi động để đóng trở lại MC2 và cho phép bảo vệ không chọn lọc KCL2 làm

24


việc. Nếu ngắn mạch thoáng qua, TĐL thành công, đờng dây D2 tiếp tục đợc cấp điện
và sau một khoảng thời gian xác định bảo vệ KCL2 lại bị cấm làm việc, sự cố tiếp theo
sẽ đợc cắt có chọn lọc. Nếu ngắn mạch duy trì thì bảo vệ cắt nhanh KCL2 sẽ làm việc
cắt không có thời gian D2 ra khoie lới, đảm bảo đợc chọn lọc và loại trừ nhanh sự cố.
Nếu không tăng tốc độ sau TĐL thì trong trờng hợp này (ngắn mạch duy trì trên D2)
khi CL1 không trở về đợc, chẳng hạn do tác động của dòng mở máy của phụ tải nối với
thanh góp B có thể xảy ra cắt không chọn lọc đờng dây D1 (nếu thời gian làm việc t 2
của CL2 lớn hơn cấp chọn lọc t = t1 t2). Ngoài ra sự cố duy trì cũng sẽ đợc loại trừ
với thời gian t2 lớn hơn.
TĐL1

TĐL2

TĐL3

KCL1 t
0
CL1
t1


KCL2 t
0
CL2
t2

KCL3 t
0
CL3
t3

D1
A

D2
MC2

MC1
B

D3

N2

MC3

Hình 3.9
Nguyên lý thực hiện tăng
tốc độ của bảo vệ sau
TĐL và TĐL theo thứ tự

đối với lưới điện hình tia
có một nguồn cung cấp

C

3- TĐL theo thứ tự.
Sơ đồ lới điện, trang bị bảo vệ và TĐL nh trên hình 3.9. Bảo vệ cắt nhanh không
chọn lọc trong trờng hợp này đợc chỉnh định bao trùm toàn bộ đờng dây ddợc bảo vệ
và một phần của đờng dây tiếp theo. Chẳng hạn, khi ngắn mạch tại N2 trên đờng dây
D2, KCL1 và KCL2 có thể cùng tác động sau đó thiết bị TĐL sẽ đóng các phân đoạn
đờng dây tơng ứng theo trình tự gần nguônf đóng trớc, đoạn xa nguồn đợc đống sau,
nghĩa là:
+ Đoạn D1 (gần nguồn nhất) với thời gian tTĐL1;
+ Đoạn D2 (tiếp theo) với thời gian:
tTĐL2 = tTĐL1 + t;
+ Đoạn D3 (xa nguồn nhất) với thời gian :
tTĐL3 = tTĐL2 + t = tTĐL1 + 2. t
Cấp chọn lọc về thời gian t ở đây cần chọn lớn hơn thời gian làm việc của bảo
vệ không chọn lọc khi TĐL không thành công.
Nh vậy khi ngắn mạch trên D2 cả hai máy cắt MC2 và MC1 có thể cùng cắt đồng
thời, tuy nhiên MC1 ở gần nguồn hơn sẽ đợc đóng trở lại trớc với thời gian bé nhất tTĐL.
Trờng hợp này TĐL thành công vì ngắn mạch không xảy ra trên D1, sau khoảng thời
gian xác định (lớn hơn thời gian làm việc của KCL1) bảo vệ KCL1 của D1 sẽ bị khoá
trớc khi TĐL2 đóng lại MC2. Nếu ngắn mạch trên D2 là duy trì, KCL2 sẽ cắt tức thời
D2 đảm bảo loại trừ sự cố một cách chọn lọc. Bảo vệ KCL1 của đoạn D1 sẽ đ ợc đa vào
làm việc trở lại sau khoảng thời gian đủ để thực hiện TĐL2 và KCL2 làm việc nếu
ngắn mạch duy trì.
TĐL theo thứ tự đảm bảo nhanh chóng khôI phục cung cấp điện cho các hộ tiêu
thụ (đặc biệt là các phụ tải gần nguồn) và loại trừ nhanh chóng có chọn lọc sự cố bằng
các bảo vệ không chọn lọc.


25


4- TĐL đờng dây có phân nhánh.
Để tiết kiệm giá thành trong xây dựng lới điện, trong một số lới điện hình tia có
một nguồn cung cấp (thờng từ 110kV trở xuống) ngời ta chỉ đặt máy cắt điện ở đầu đờng dây, còn ở đầu các nhánh rẽ chỉ đặt dao cách ly tự động (DCL TĐ) rẻ hơn máy cắt
điện nhiều lần.
Khi có ngắn mạch trên một nhánh rẽ nào đó, chẳng hạn tại N1 (hình 3.10), bảo vệ
vệ đặt ở đầu nguồn sẽ tác động cắt máy cắt ở đầu đờng trục. Trong khoảng thời gian
chết DCL TĐ1 ở đầu nhánh rẽ bị sự cố sẽ đợc tự động cắt ra tách phần tử bị sự cố ra
khỏi lới điện, Sau đó thiết bị TĐL đặt ở đầu đờng dây sẽ đóng trở lại máy cắt nguồn
khôi phục cấp điện cho các không bị sự cố.
TĐL
BV
1
MC1

n
DCL TĐ1

DCL TĐ(n)

N1

DNM1

DNM(n)

BV


N2

BV

N1

Hình 3.10
Sơ đồ TĐL đường dây có phân nhánh
DCL TĐ: Dao cách ly tự động; DNM: dao tạo ngắn mạch

Khi ngắn mạch xảy ra trong hoặc sau máy biến áp phân phối (N 2 và N3 trên hình
3.10) do điện kháng lớn của máy biến áp dòng ngắn mạch qua bảo vệ đầu đờng dây có
trị số bé không đủ độ nhạy cho bảo vệ làm việc. Để tăng độ nhạy cho bảo vệ đầu đờng
dây ngời ta đặt thêm các dao ngắn mạch (DNM) để gây ngắn mạch nhân tạo phía trớc
máy biến áp. Khi có ngắn mạch trong hoặc sau máy biến áp, bảo vệ của máy biến áp
(thờng dùng các bảo vệ dòng điện đơn giản) tác động đóng dao ngắn mạch, dòng sự cố
tăng lên đủ cho bảo vệ đầu đờng dây làm việc. Tiếp theo, trong thời gian không điện,
DCL TĐ trong nhánh biến áp bị sự cố sẽ tách ra và TĐL đóng trở lại MC đầu đờng dây
nh đã trình bày ở trên.
Sơ đồ TĐL đờng dây có phân nhánh thờng đợc dùng trong lới điện nông thôn và
lới trung áp cung cấp điện thành phố đợc thiết kế theo mạng vòng nhng làm việc hở
(bằng dao cách ly tự động làm nhiệm vụ phân đoạn mạch vòng).
3.5 đặc điểm của tđl đờng dây có hai nguồn cung cấp
Đối với đờng dây một nguồn máy cắt đợc đóng trở lại khi tính cách điện của môi
trờng nơi xảy ra ngắn mạch đã đợc phục hồi.
Đối với mạng điện có hai hay nhiều nguồn cung cấp, ngoài yêu cầu trên cần phải
chú ý đến sự làm việc đồng bộ của các nguồn khi đóng trở lại máy cắt. Vì vậy đối với

26



thiết bị TĐL đờng dây có hai nguồn cung cấp cần có thêm bộ phận để kiểm tra điện áp
trên đờng dây (RKU) và bộ phận kiểm tra tính đồng bộ của điện áp ở hai đầu đờng dây
(RKĐ).
Bộ kiểm tra điện áp trên đờng dây RKU chỉ cho TĐL làm việc khi đờng dây hoàn
toàn mất điện.
Bộ phận kiểm tra tính đồng bộ của điện áp RKĐ sẽ chỉ cho TĐL làm việc khi
điện áp ở hai đầu đờng dây đồng bộ với nhau (hình 3 - 5).
Giả sử có hai nhà máy điện A và B đợc nối với nhau bằng một đờng dây.
Tại hai đầu đờng dây đặt các thiết bị TĐL. Khi vận hành một đầu đờng dây cho
bộ phận kiểm tra điện áp RKU làm việc còn đầu kia cho bộ phận kiểm tra tính đồng bộ
RKĐ làm việc (hình 3 - 5).
- Khi vận hành bình thờng 1MC, 2MC ở cả hai đầu đờng dây đều đóng.
- Khi có ngắn mạch máy cắt ở cả hai đầu đờng dây đều mở ra, trên đờng dây
không còn điện áp nên rơ le 2RKU đóng tiếp điểm, mạch 2TĐL của máy cắt 2MC cho
phép đóng 2MC.
+ Nếu ngắn mạch tự tiêu tan thì máy cắt 2MC vẫn ở vị trí đóng, do đó trên đờng
dây lại có điện (do nhà máy B truyền đến). Muốn đóng máy cắt 1MC cần phải kiểm tra
tính đồng bộ của điện áp ở hai đầu 1MC. Việc làm đó đợc thực hiện nhờ 1RKĐ. Khi
điện áp thứ cấp 1BU và 2BU đồng bộ với nhau thì tiếp điểm 1RKĐ đóng lại cho phép
1TĐL đóng trở lại 1MC.
A



1MC

2MC


+

2BU
3BU

1TĐL
1ĐN

1RKU

+

B



2TĐL

2RKU

2ĐN
1RKĐ

2RKĐ

1BU

4BU

Hình 3 - 5

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị TĐL có kiểm tra tính đồng bộ của điện áp

Nếu điện áp hai đầu máy cắt 1MC cha đồng bộ thì máy cắt 1MC cha đóng lại đợc. Theo cách bố trí này thì máy cắt 2MC bao giờ cũng đóng trớc.
+ Nếu ngắn mạch còn tồn tại bảo vệ lại cắt 2MC ra lần thứ hai. Nh vậy máy cắt
2MC phải làm việc nhiều lần hơn máy cắt 1MC nên chóng phải tu sửa hơn.
Để khắc phục khuyết điểm trên ngời ta đặt thiết bị TĐL ở hai đầu đờng dây nh
nhau (gồm RKU và RKĐ). Làm nh vậy có thể cho phép TĐL ở bất kỳ đầu nào làm
việc trớc cũng đợc, nhờ đó có thể thay đổi chế độ làm việc của các máy cắt ở cả hai
đầu đờng dây (bằng cách thay đổi vị trí của đổi nối 1ĐN và 2ĐN).

27


3.6 tđl ba pha tác động một lần
1. Sơ đồjoj
R : Điện trở nạp;
R1 : Điện trở để hạn chế dòng điện vào cuộn đóng;
R4 : Điện trở phóng; R2 : Điện trở để hạn chế dòng điện vào cuộn cắt;
R3 : Điện trở hạn chế nhiệt cho RT
(hình 3 - 3,c)
2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ
+

C1 C C C

Đ Đ C Đ1

K3

C

1RGU

RT1
1RGI

U

R4

I

1RG2

Mạch TĐL

R3

R

1RG1

-

RT2

RT

Đổi nối

Đến

tăng tốc độ cho BV

4RGU

Mạch chống đóng máy cắt
lặp đi lặp lại

4RG1
MC2

K2
2RG

R1
K1

R2

Mạch đóng máy cắt
Mạch rơ le phản ánh vị trí cắt
của máy cắt

CC

4RG1
I

BVRL

4RG1


CĐ

MC1
3RG

Mạch cắt máy cắt
Mạch bảo vệ rơ le
Mạch rơ le phản ánh vị trí
đóng của máy cắt

+ ở chế độ vận hành bình thờng, khoá điều khiển K của máy cắt đang ở vị trí
đóng (Đ). Tiếp điểm của khoá K kín ở hai vị trí: Đ (đã đóng) và Đ 2 (đã phát lệnh
đóng). Máy cắt đang đóng nên tiếp điểm thờng đóng của nó đã mở ra, cuộn dây 2RG
không có điện.

28


Khi khoá K đang ở vị trí đóng, tụ C đợc nạp điện đến lúc đầy qua điện trở R theo
mạch: + K3 R C - . Đến lúc nạp điện đầy, điện áp hai đầu cực tụ C bằng
điện áp nguồn điều khiển.
+ Vì một lý do nào đó máy cắt mở ra, tiếp điểm phụ MC 2 đóng lại, cuộn dây 2RG
có điện. Nhờ có điện trở hạn chế R 1 dòng điện đi qua mạch + 2RG R1 MC2
CĐ - chỉ lớn đến mức làm cho rơ le 2RG khởi động mà không đến mức đóng
ngay máy cắt lại (thờng thờng dòng điện khởi động của rơ le 2RG là vài phần mời
ampe, còn dòng điện làm việc của cuộn dây đóng máy cắt CĐ là hàng chục ampe). Rơ
le 2RG tác động, tiếp điểm 2RG đóng đa điện qua cuộn dây của rơ le thời gian RT. Bộ
tiếp điểm RT2 và điện trở R3 nối song song với nó nhằm mục đích tăng lực khởi động
ban đầu của rơ le RT. Đến khi rơ le RT tác động, tiếp điểm RT 2 mở ra, dòng điện qua

cuộn dây RT bị hạn chế bởi điện trở R 3. Nh vậy cuộn dây của rơ le RT đỡ bị đốt nóng
mà lực khởi động ban đầu vẫn lớn.
Sau một thời gian tRT chỉnh định từ trớc, tiếp điểm RT1 khép lại, điện năng đã tích
sẵn trong tụ C sẽ phóng qua cuộn dây điện áp 1RG U của rơ le 1RG, nó đóng tiếp điểm
1RG1 cho tín hiệu đi cắt máy cắt theo mạch + K3 1RG1 1RGI Th ĐN
4RG2 MC CĐ - . Cuộn dây dòng điện 1RGI của rơ le 1RG làm nhiệm vụ
tự giữ, vì xung qua cuộn điện áp 1RG U do tụ C cung cấp chỉ là một xung ngắn hạn chỉ
đủ sức làm cho 1RG khởi động chứ không duy trì đợc lâu.
Sau khi máy cắt đóng trở lại nhờ TĐL có thể gặp hai trờng hợp:
- Ngắn mạch tự tiêu tan: máy cắt sẽ giữ nguyên ở vị trí đóng tiếp điểm K 3 của
khoá điều khiển K vẫn kín, tụ C lại đợc nạp điện để chuẩn bị cho lần làm việc sau (thời
gian nạp đầy tụ C khoảng 10 giây).
- Ngắn mạch còn duy trì: Bảo vệ rơ le lại tác động cắt máy cắt và TĐL lại khởi
động nh đã trình bày ở trên. Nhng vì tụ C đã phóng hết điện lần tác động trớc, đến lúc
này mới đang nạp đợc một lợng điện năng rất nhỏ không đủ để cho cuộn dây 1RG U của
rơ le 1RG tác động. Điện trở của cuộn dây 1RG U rất nhỏ so với điện trở R nên dù tụ C
có tiếp tục đợc nạp điện thì điện áp ở hai đầu tụ C cũng rất nhỏ (khoảng 5 ữ 10V)
không thể làm cho rơ le 1RG tác động đợc. Tóm lại muốn TĐL không tác động lặp lại
nhiều lần thì phải chọn thông số RC của mạch vòng nạp điện sao cho thời gian nạp khá
lớn (thời gian này nên chọn từ 8 ữ 10 giây). Chọn điện trở R lớn còn có tác dụng hạn
chế dòng phóng điện của tụ C qua rơ le RT khi 2RG làm việc.
Khi mở máy cắt điện bằng tay TĐL không đóng máy cắt trở lại đợc. Thật vậy khi
chuyển khoá điều khiển K sang vị trí cắt thì tiếp điểm K3 mở ra nên cuộn dây của rơ le
thời gian RT bị cắt khỏi nguồn điện dỡng, tiếp điểm K2 đóng lại máy cắt đợc mở ra, K4
đóng nên điện năng đợc chứa ở tụ C sẽ phóng qua điện trở R 4 và biến thành nhiệt năng.
Điều này đảm bảo cho TĐL không thể tác động đợc nữa. Một số trờng hợp khác cần
cấm TĐL (nh TĐL đặt ở máy biến áp, khi h hỏng xảy ra trong nội bộ máy biến áp . . .)
tiếp điểm cấm TĐL cũng sẽ khép lại và TĐL không thể tác động đợc.
Khi đóng máy cắt bằng tay TĐL cũng không thể tác động đợc. Lúc này K3 đóng,
tụ C nạp điện dần dầnđến lúc đầy để chuẩn bị TĐL tác động. TĐL chỉ sẵn sàng tác

động khi điện áp trên cực của tụ điện C đạt từ điện áp khởi động của cuộn dây 1RG U
của rơ le 1RG. Thời gian để đạt đến mức điện áp đó phải hàng chục giây, nên dù có
đóng máy cắt vào lới điện vẫn còn ngắn mạch thì bảo vệ rơ le lại mở máy cắt ra mà
TĐL vẫn không đóng trở lại máy cắt đợc.

29