Bảo vệ quá dòng là phương pháp bảo vệ cơ bản và phổ biến trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu thiệt hại do dòng điện sự cố vượt quá giới hạn chịu đựng của các thiết bị điện.
Bảo vệ quá dòng hoạt động dựa trên nguyên lý đo lường và so sánh dòng điện thực tế trên đường dây hoặc thiết bị với giá trị cài đặt định trước. Khi giá trị dòng điện vượt quá ngưỡng cho phép đã được xác định, thiết bị bảo vệ sẽ tác động ngắt mạch, giúp đảm bảo an toàn cho thiết bị và hệ thống điện.
Xem thêm:
2 công nghệ then chốt được sử dụng trong các bộ ngắt mạch điện
Khái niệm cơ bản về bảo vệ quá dòng
Dòng điện trong điều kiện bình thường vận hành lưới điện luôn nằm trong mức giới hạn định mức thiết kế của hệ thống và thiết bị. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, hệ thống điện có thể gặp phải các tình trạng bất thường như ngắn mạch, quá tải, dẫn đến dòng điện chạy qua các phần tử trong mạng lưới vượt quá giá trị định mức.
Hiện tượng này gọi chung là quá dòng, có khả năng gây ra nhiệt lượng lớn, làm hư hỏng các phần tử điện như dây dẫn, máy biến áp, hoặc động cơ điện. Do đó, bảo vệ quá dòng là phương pháp không thể thiếu trong việc bảo vệ hệ thống điện.
Nguyên lý hoạt động của bảo vệ quá dòng
Nguyên lý bảo vệ quá dòng dựa trên cơ sở đo đạc và so sánh liên tục dòng điện thực tế với ngưỡng dòng điện đã được thiết lập. Khi có sự cố quá dòng xuất hiện, relay bảo vệ quá dòng (điển hình là các relay bảo vệ như role 50 và role 51) sẽ phát hiện và gửi tín hiệu điều khiển để tác động lên máy cắt, ngắt nguồn điện cung cấp cho đoạn mạch đang bị sự cố.
Điều này giúp ngăn ngừa tình trạng sự cố lan rộng trong lưới điện, bảo vệ các thiết bị quan trọng khỏi nguy cơ hư hại do quá nhiệt hoặc lực điện từ quá lớn gây ra.
Relay quá dòng được phân loại chủ yếu thành hai dạng dựa trên thời gian tác động: relay quá dòng tức thời (role 50) và relay quá dòng có thời gian trễ (role 51). Role 50 có đặc tính tác động tức thời ngay khi dòng điện vượt qua giá trị ngưỡng cài đặt, thường dùng để ngăn chặn các sự cố ngắn mạch nghiêm trọng.
Role 51 được thiết kế có độ trễ thời gian nhất định, cho phép thiết bị chịu được dòng khởi động ban đầu hoặc quá tải ngắn hạn, phù hợp với các ứng dụng bảo vệ chống quá tải hoặc sự cố ngắn mạch có mức độ nhẹ hơn.
Role 50 – bảo vệ quá dòng tức thời
Role 50 là relay bảo vệ quá dòng tức thời, được kích hoạt ngay khi dòng điện vượt quá một ngưỡng định trước mà không có bất kỳ thời gian trễ nào đáng kể. Nguyên lý hoạt động của role 50 là giám sát liên tục dòng điện, và khi phát hiện giá trị dòng điện vượt quá giới hạn cài đặt, relay lập tức gửi tín hiệu kích hoạt máy cắt ngắt mạch ngay lập tức. Điều này giúp giảm thiểu tối đa thiệt hại khi xảy ra các sự cố ngắn mạch nghiêm trọng với dòng điện cực lớn, ngăn ngừa nguy cơ hư hỏng lan rộng trong hệ thống điện.
Role 51 – bảo vệ quá dòng có thời gian trễ
Khác với role 50, role 51 là loại bảo vệ quá dòng có tích hợp độ trễ thời gian khi xảy ra sự cố. Nguyên lý hoạt động của relay này dựa trên sự phối hợp giữa dòng điện đo được và thời gian chờ. Cụ thể, khi dòng điện vượt ngưỡng cài đặt, relay sẽ không tác động ngay lập tức mà sẽ bắt đầu một quá trình đếm ngược thời gian xác định trước.
Nếu tình trạng quá dòng vẫn tiếp diễn đến hết thời gian trễ, relay mới ra lệnh ngắt mạch. Đặc tính thời gian trễ này cho phép hệ thống chịu đựng được các hiện tượng quá tải ngắn hạn, chẳng hạn như dòng khởi động của động cơ điện hoặc các tình trạng quá tải thoáng qua, tránh trường hợp ngắt mạch không cần thiết.
Bảo vệ quá dòng, cụ thể là relay 50 và relay 51, đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ hệ thống điện nói chung và lưới điện phân phối nói riêng. Trong các mạng lưới điện công nghiệp, đô thị và dân dụng, việc phối hợp chặt chẽ giữa các relay này là chìa khóa để đảm bảo tính liên tục và ổn định trong vận hành.
Relay 50 được bố trí để bảo vệ tức thời tại các điểm có nguy cơ ngắn mạch lớn, trong khi relay 51 được sử dụng rộng rãi hơn trong các ứng dụng bảo vệ chống quá tải, góp phần nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị điện.
Việc ứng dụng bảo vệ quá dòng mang lại lợi ích lớn trong công tác vận hành an toàn hệ thống điện, góp phần giảm đáng kể rủi ro thiệt hại về tài sản và thiết bị do các hiện tượng quá dòng gây ra. Bên cạnh đó, đảm bảo bảo vệ quá dòng hoạt động hiệu quả cũng đồng nghĩa với việc tăng cường an toàn vận hành, duy trì liên tục cung cấp điện và hạn chế các gián đoạn ngoài ý muốn trong lưới điện.