Rơ le 51 – rơ le bảo vệ quá dòng cắt có thời gian

Theo tiêu chuẩn IEC, rơ le bảo vệ quá dòng cắt có thời gian được gọi là rơ le 51. Các chỉ danh mở rộng của rơ le 51 gồm rơ le 51P là rơ le bảo vệ quá dòng cắt có thời gian phía sơ cấp máy biến áp (MBA)). Rơ le 51S là rơ le bảo vệ quá dòng cắt có thời gian phía thứ cấp máy biến áp.

Xem thêm: Các chức năng bảo vệ của hệ thống bảo vệ trong Trạm Biến Áp.

Để có cái nhìn tổng quát về rơ le 51. Chúng ta hãy tìm hiểu về vai trò, nguyên tắc hoạt động của rơ le 51 này.

1/. Vai trò của rơ le 51.

Phần lớn các sự cố ngắn mạch xảy ra trên hệ thống điện đều kéo theo sự tăng dòng điện đột biến trên dây pha tại các vị trí trên hệ thống điện.

Vấn đề là khi có ngắn mạch tại một điểm, nó đều kéo theo sự gia tăng dòng điện tại nhiều vị trí trên hệ thống điện. Vì vậy, dễ gây nên tình trạng tác động vượt cấp với nhiều máy cắt tại nhiều vị trí tác động cùng lúc. Nếu các rơ le bảo vệ này không có tính chọn lọc.

Rơ le 51 (rơ le bảo vệ quá dòng cấp 1) hoạt động dựa trên nguyên tắc phối hợp bảo vệ theo thời gian để đảm bảo tính chọn lọc.

2/. Nguyên tắc hoạt động của rơ le 51.

Rơ le 51 hoạt động dựa trên tín hiệu dòng điện phía thứ cấp của 3 biến dòng điện lắp trên dây pha.

Sơ đồ như sau:

so do nguyen tac hoat dong cua relay 51

Dòng điện trên dây pha tăng lên. Dòng điện trên cuộn thứ cấp biến dòng điện cũng tăng tương ứng. Nếu dòng điện này lớn hơn dòng điện khởi động (IS) của rơ le 51 này thì nó sẽ khởi động.

Sau thời gian ttrip xác định. Nếu dòng điện trên dây pha vẫn không giảm xuống dưới giá trị dòng điện khởi động. Rơ le 51 sẽ tác động đóng tiếp điểm để cô lập thiết bị ra khỏi hệ thống điện.

Như vậy, điều kiện để cho rơ le 51 tác động là:

*) Dòng điện trên dây pha tăng lớn hơn giá trị dòng khởi động Icủa rơ le.

*) Thời gian tăng dòng điện kéo dài lớn hơn thời gian tác động ttrip của rơ le.

3/. Thông số của rơ le 51.

Các thông số cơ bản của rơ le 51 gồm:

– Dòng khởi động của rơle 51 (relay 51).

– Đặc tuyến dòng điện –  thời gian tác động của rơle 51 (relay 51).

– Hệ số nhân thời gian của rơle 51 (relay 51).

a/. Dòng khởi động của rơ le 51:

Dòng khởi động ký hiệu là IS hay I>. Khi dòng điện qua rơ le lớn hơn giá trị dòng I> thì rơ le sẽ khởi động (chưa tác động).

Khi tính toán bảo vệ cho thiết bị. Dòng khởi động được chọn theo dòng định mức của thiết bị. Khi tính toán bảo vệ cho đường dây. Dòng khởi động được chọn theo dòng cực đại của đường dây.

Ví dụ: Máy biến áp T1 Trạm 110kV Hàm Kiệm có các thông số:

Công suất 63MVA – 115/23(11)kV – YNyn0-d11 có sơ đồ như sau:

Tín toán dòng điện định mức máy biến áp:

Dòng điện định mức phía sơ cấp máy biến áp:

dong dinh muc phia so cap may bien ap

Còn dòng điện định mức phía thứ cấp máy biến áp:

dong dinh muc phia thu cap may bien ap

Quy đổi dòng điện về phía thứ cấp biến dòng điện:

tinh ip

tinh is

Với dòng khởi động được  tính theo công thức:

I>=k*Iđm (với k chọn từ 1.2 đến 1.6)

Vậy dòng khởi động của rơ le 51P là (chọn k=1.6):

I>= 1.6 * 0.79 = 1.264A

Ta chọn giá trị I> = 1.3A hay I> = 1.3In (In = 1A dòng danh định của biến dòng điện).

Còn dòng khởi động của rơ le 51S (chọn k=1.3):

I>= 1.3 * 0.63 = 0.819

Nên ta chọn I> = 0.85A hay I> = 0.85In (In = 1A dòng danh định của biến dòng điện).

b/. Đặc tuyến dòng điện – thời gian tác động của rơ le 51.

Thời gian tác động Ttrip của rơ le 51 là thời gian trì hoãn từ lúc rơ le bắt đầu khởi động cho đến lúc rơ le tác động đóng tiếp điểm.

Có hai loại thời gian tác động:

+ Thời gian tác động độc lập với dòng điện (Definiti Time).

Đặc tuyến độc lập+ Thời gian tác động phụ thuộc vào bội số giữa dòng điện và dòng điện khởi động (I/I>) – thời gian tác động càng nhỏ khi bội số càng lớn.

Đặc tuyến phụ thuộc

Mối quan hệ giữa dòng điện và thời gian tác động gọi là đặc tuyến dòng điện – thời gian. Đặc tuyến dòng điện và thời gian của rơ le được quy định thống nhất theo tiêu chuẩn IEC hoặc IEEE. Ở Việt Nam thường chọn theo tiêu chuẩn IEC)

Đặc tuyến phụ thuộc được mô tả theo công thức:

cong-thuc-tinh-t

Theo tiêu chuẩn IEC gồm có các đường đặc tuyến sau:

SttTên đường đặc tuyếnKý hiệukac
1Long time inverseLTI 30xDT12010
2Standard inverseSI 30xDT0.140.020
3Extremely inverseEI 10xDT8020
4Very inverseVI 30xDT13.510
5Short time inverseSTI 30xDT0.050.040
6Definite timeDT010
7Rectifier ProtectionRECT459005.60÷100

Lưu ý: Ký hiệu 30xDT là giá trị I/Is đạt tới giá trị 30 thì đặc tuyến trở thành đặc tuyến độc lập (DT).

Theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE gồm các đường:

SttTên đường đặc tuyếnKý hiệukac
1Moderately InverseMI0.1030.020.228
2Very InverseVI39.2220.982
3Extremely InverseEI56.420.243

Dạng đường đặc tuyến theo tiêu chuẩn IEC và IEEE như sau:

IEC curves  IEEE curves

Chú thích:

Operating time (seconds): thời gian tác động (giây).

Multiples of pick up setting: Bội số của giá trị đỉnh cài đặt.

Tại Việt Nam thường sử dụng đặc tuyến VI (IEC) cho lưới truyền tải và đặc tuyến SI (IEC) cho lưới phân phối.

Với những vị trí bảo vệ đặt gần nhau. Để tăng tính chọn lọc. Thường sử dụng đặc tuyến độc lập (DT).

c/. Hệ số nhân thời gian của rơ le 51

Hệ số nhân thời gian ký hiệu là TMS (Time Multiplier Setting).

Thời gian tác động của rơ le xác định theo các đường đặc tuyến còn có thể điều chỉnh bằng cách nhân thêm với hệ số thời gian TMS.

+ Hệ số thời gian ứng với đặc tuyến phụ thuộc ký hiệu: t>, TMS hay xt.

+ Hệ số thời gian ứng với đặc tuyến độc lập ký hiệu t>, DT.

Ví dụ: rơ le 51P và rơ le 51S của máy biến áp T1 63MVA trên có các thông số sau:

rơ le 51P: I> = 1.3In, đặc tuyến Very Inverse (IEC), TMS = 0.18.

rơ le 51S: I> = 0.85In, đặc tuyến Very Inverse (IEC), TMS = 0.21.

Giả sử, dòng qua rơ le 51P là 1804A.

Bội số dòng điện:

CT bội số dòng điện

khi đó, thời gian tác động sẽ là:

CT thời gian tác động

Tương tự các bạn có thể tính cho rơ le 51S với dòng qua rơ le 51S là 9015A.

Ghi chú: Bạn cũng có thể dùng đường đặc tuyến Very Inverse với TMS =0.18. Tra xem với bội số dòng điện như trên thì thời gian tác động là bao nhiêu. Nhưng giá trị này chỉ tham khảo vì thiếu chính xác.

Trị số trắc nghiệm gồm thời gian tác động tương ứng với dòng điện ghi trong bảng trị số chỉnh định rơ le. Tri số này do Trung Tâm Điều độ cung cấp. Sử dụng để kiểm tra rơ le bằng cách đo thời gian tác động của rơ le tương ứng với dòng điện ghi trên biên bảng. Công tác kiểm tra tiến hành theo định kỳ hàng năm.

4/. Phối hợp bảo vệ giữa các rơ le 51

Các rơ le 51 trong hệ thống điện phối hợp bảo vệ theo nguyên tắc chênh lệch theo thời gian.

Khi có sự cố xảy ra tại điểm F ==> rơ le 51 tại điểm B tác động với thời gian ttripB.

Nếu máy cắt tại điểm B không tác động thì rơ le 51 tại điểm A sẽ tác động với thời gian ttripA. Với ttripA = ttripB +êt (thường chọn Δt từ 0.3s đến 0.5s).

phối hợp bảo vệ relay 51

 

Ví dụ: phối hợp bảo vệ giữa hai rơ le 51 là rơ le 51P và rơ le 51S của máy biến áp.

phối hợp bảo vệ relay 51 máy biến ap

 

Rơ le 51P và rơ le 51S phải phối hợp với nhau để đảm bảo tính chọn lọc dựa theo nguyên tắc. Rơ le 51P sẽ tác động chậm hơn rơ le 51S một thời gian Δt khi sự cố ngắn mạch xảy ra trên thanh cái 23kV.

Dòng ngắn mạch ba pha trên thanh cái 23kV máy biến áp T1 là: 9015A. Dòng ngắn mạch trên thanh cái do Trung Tâm Điều Độ cung cấp.

Thời gian tác động của rơ le 51S tương ứng với dòng ngắn mạch là:

CT bội số dòng điện 51S

suy ra:

Dòng ngắn mạch qua rơ le 51P khi ngắn mạch trên thanh cái 23kV là:

CT tính dòng ngắn mạch qua máy biến áp

Thời gian tác động tương ứng của rơ le 51P phải chậm hơn thời gian tác động của rơ le 51S một thời gian Δt (thường chọn êt từ 0.3s đến 0.5s).

CT bội số dòng điện 51P

suy ra:

ct tính ttrip 51P

ta thấy:

ttrip (51P) = ttrip (51P) + 0.12 = 0.87 + 0.12 =0.99 (s)

Vậy Δt = 0.12 (s)

5/. Chọn đặc tuyến rơ le 51 theo điều kiện khởi động

Thời gian tác động của rơ le 51 còn phải thỏa điều kiện khởi động.

Khi vừa đóng máy cắt cấp điện cho tải. Các động cơ của các phụ tải tiêu thụ sẽ đồng loạt khởi động cùng một lúc. Dòng khởi động (I) của các động cơ này có thể đạt đến từ 2 đến 6 lần dòng khởi động (I>) của rơ le. Tuy nhiên, thời gian của quá trình khởi động chỉ kéo dài trong vài giây.

Thời gian tác động của rơ le ttrip phải lớn hơn thời gian khởi động tương ứng (t) với dòng khởi động, để tránh bị tác động nhầm khi đóng điện khởi động.

Đặc tuyến của relay theo điều kiện khơi động

Ví dụ: Dòng khởi động (I) khi đóng máy cắt tổng phía thứ cấp của máy biến áp 1T là 6000A, quá trình khởi động kéo dài trong 1s.

Kiểm tra thời gian tác động của rơ le 51S.

Ta thấy, ttrip = 1.56s > 1s, ==> rơle 51S (relay 51S) thỏa điều kiện khởi động.

Trong thực tế, để tránh bị quá dòng khi khởi động. Người ta thường đóng lần lượt các phụ tải vào máy biến áp khi tái lập điện trở lại. Đóng máy cắt tổng trước sau đó đóng lần lượt từng máy cắt đường dây sau.

Please follow and like us:
2
 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Enjoy this blog? Please spread the word :)