Demo

Trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện, relay quá dòng 50/51 đã khẳng định vị trí quan trọng, đặc biệt trong các lưới điện hình tia. Sự kết hợp giữa chức năng bảo vệ tức thời (50) và thời gian nghịch đảo (51) tạo nên một giải pháp bảo vệ toàn diện, có khả năng đáp ứng đa dạng các tình huống sự cố.

Từ việc xử lý nhanh chóng các sự cố nghiêm trọng đến khả năng phân biệt giữa quá tải tạm thời và sự cố thực sự, relay 50/51 cung cấp một lớp bảo vệ đáng tin cậy cho các thành phần quan trọng của lưới điện phân phối. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét kỹ lưỡng các khía cạnh then chốt làm nên sự ưu việt của relay quá dòng 50/51 trong bảo vệ lưới điện hình tia.

Có thể bạn quan tâm

Các thành phần quan trọng trong bảo vệ hệ thống điện

Khám phá 7 điều quan trọng nhất về biến dòng điện mọi kỹ sư cần biết

Bạn đã hiểu về AF (Amperes Frame) và AT  (Amperes Trip) trong thiết bị đóng cắt

Tiêu chí chung cho bảo trì bảo dưỡng thiết bị điện hiệu quả

Đặc điểm lưới điện hình tia

Lưới điện hình tia là một cấu trúc phân phối điện phổ biến, đặc trưng bởi một đường dây cấp nguồn chính phân nhánh ra nhiều nhánh nhỏ để cung cấp điện cho các tải. Ưu điểm nổi bật của cấu trúc này là đơn giản, dễ xây dựng và vận hành, đặc biệt phù hợp với các khu vực dân cư nông thôn hoặc các khu công nghiệp quy mô nhỏ.

Tuy nhiên, lưới điện hình tia cũng tiềm ẩn một số nhược điểm. Khi một nhánh bị sự cố, toàn bộ tải trên nhánh đó sẽ bị mất điện, ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống. Ngoài ra, việc mở rộng hệ thống thường phức tạp và tốn kém do yêu cầu phải tăng cường đường dây chính. Để khắc phục những hạn chế này, các kỹ sư điện thường kết hợp lưới điện hình tia với các cấu trúc khác như lưới điện vòng để tăng cường độ tin cậy và linh hoạt.

Phân biệt thời gian và dòng điện

Relay bảo vệ quá dòng 50/51 là một thành phần quan trọng trong hệ thống bảo vệ điện, đóng vai trò then chốt trong việc phát hiện và ngăn chặn các sự cố liên quan đến dòng điện quá mức. Khả năng phân biệt thời gian và dòng điện của relay này cho phép nó ứng phó linh hoạt với các tình huống sự cố khác nhau, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.

relay quá dòng 50/51
Relay 50/51 chia vùng hoạt động rõ ràng cho bảo vệ HTĐ

Cụ thể, relay 50 hoạt động tức thời khi phát hiện dòng điện vượt ngưỡng cài đặt, thích hợp để bảo vệ khỏi các sự cố ngắn mạch nghiêm trọng. Trong khi đó, relay 51 có đặc tính thời gian nghịch đảo, cho phép thời gian tác động dài hơn đối với các dòng sự cố nhỏ hơn. Sự kết hợp này tạo ra một cơ chế bảo vệ toàn diện, có khả năng phân biệt giữa các tình huống quá tải tạm thời và sự cố nghiêm trọng cần xử lý ngay lập tức.

Ví dụ, trong trường hợp xảy ra sự cố ngắn mạch gần nguồn với dòng điện rất lớn, relay 50 sẽ tác động ngay để ngắt mạch, ngăn chặn thiệt hại cho thiết bị. Ngược lại, đối với tình huống quá tải nhẹ do khởi động động cơ lớn, relay 51 sẽ cho phép một khoảng thời gian trễ, tránh ngắt mạch không cần thiết.

Phối hợp bảo vệ relay quá dòng 50/51 

Phối hợp bảo vệ trong hệ thống điện là một nguyên tắc quan trọng nhằm đảm bảo tính chọn lọc và hiệu quả của hệ thống bảo vệ. Relay quá dòng, với khả năng phối hợp linh hoạt, đóng vai trò then chốt trong việc thực hiện nguyên tắc này. Bằng cách cài đặt thời gian tác động và dòng điện khởi động phù hợp, các relay quá dòng có thể tạo ra một hệ thống phân cấp bảo vệ, trong đó thiết bị gần nhất với điểm sự cố sẽ hoạt động trước.

Trong một hệ thống phân phối điện điển hình, relay quá dòng được bố trí tại các điểm then chốt như đầu nguồn, các nhánh phân phối chính và phụ. Mỗi relay được cài đặt với thời gian tác động tăng dần từ cuối nguồn về đầu nguồn.

Ví dụ, relay tại trạm biến áp phân phối có thể được cài đặt với thời gian tác động 0.3 giây, trong khi relay tại đầu nguồn có thể có thời gian tác động 0.7 giây. Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên một nhánh phân phối, relay gần nhất sẽ phát hiện và tác động trước, cô lập phần tử sự cố mà không ảnh hưởng đến các phần khác của hệ thống.

relay quá dòng 50/51
Phối hợp bảo vệ từ phía trung thế đến hạ thế

Việc phối hợp này không chỉ giới hạn trong các relay quá dòng mà còn mở rộng đến các thiết bị bảo vệ khác như cầu chì, máy cắt tự động. Ví dụ, trong một mạng phân phối hạ áp, cầu chì bảo vệ nhánh cuối cùng sẽ được chọn để nổ trước khi relay quá dòng tại trạm biến áp hoạt động. Điều này đảm bảo rằng sự cố nhỏ trên một nhánh không gây mất điện cho toàn bộ khu vực.

Để đạt được sự phối hợp hiệu quả, kỹ sư bảo vệ relay cần phải tính toán cẩn thận các đường cong thời gian-dòng điện của các thiết bị bảo vệ, đảm bảo có đủ khoảng cách phối hợp giữa chúng. Công nghệ hiện đại như relay số cho phép cài đặt nhiều đường cong đặc tính, tăng cường khả năng phối hợp trong các điều kiện vận hành khác nhau của hệ thống điện.

Thời gian phối hợp tối thiểu (CTI) giữa các thiết bị bảo vệ, như trong bảng 15-3 IEEE.Std 242-2001, đảm bảo rằng các thiết bị không tác động cùng lúc, ngăn ngừa ngắt mạch không mong muốn. Ví dụ, rơ le cơ điện ở hạ lưu có CTI 0.30 giây so với rơ le cơ điện ở thượng lưu, đảm bảo sự phối hợp chính xác.

Bảng 15-3 IEEE.Std 242-2001

Hiệu quả chi phí của relay quá dòng 50/51 

Relay quá dòng 50/51 nổi bật như một giải pháp bảo vệ hiệu quả về chi phí trong các hệ thống phân phối điện. So với các phương pháp bảo vệ tiên tiến hơn, relay này mang lại sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất và giá thành, đặc biệt phù hợp với các ứng dụng nơi ngân sách là một yếu tố quan trọng.

Về mặt kỹ thuật, relay 50/51 hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản là đo lường dòng điện và so sánh với ngưỡng cài đặt trước. Thiết kế này cho phép sản xuất với chi phí thấp hơn đáng kể so với các loại relay phức tạp như relay khoảng cách hoặc relay vi sai. Ví dụ, một relay quá dòng điển hình có thể có giá từ 500 đến 2000 USD, trong khi một relay khoảng cách có thể có giá từ 3000 đến 10000 USD hoặc cao hơn.

Ngoài chi phí thiết bị ban đầu thấp hơn, relay quá dòng 50/51 còn mang lại lợi ích về chi phí vận hành và bảo trì. Cấu trúc đơn giản của nó đồng nghĩa với việc ít có khả năng xảy ra sự cố và dễ dàng sửa chữa khi cần thiết. Điều này giúp giảm thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì so với các hệ thống bảo vệ phức tạp hơn. Hơn nữa, việc cài đặt và vận hành relay 50/51 thường không đòi hỏi chuyên môn cao, giúp tiết kiệm chi phí đào tạo nhân viên.

Trong bối cảnh các hệ thống phân phối điện, nơi có nhiều điểm cần bảo vệ trên một diện rộng, việc sử dụng relay quá dòng 50/51 có thể dẫn đến việc tiết kiệm đáng kể. Ví dụ, một công ty điện lực phân phối phục vụ một thành phố vừa có thể cần hàng trăm điểm bảo vệ. Việc sử dụng relay quá dòng thay vì các loại relay phức tạp hơn có thể tiết kiệm hàng triệu đô la trong chi phí đầu tư ban đầu.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là hiệu quả chi phí không nên là yếu tố duy nhất trong việc lựa chọn hệ thống bảo vệ. Trong một số trường hợp, như đối với các đường dây truyền tải quan trọng hoặc các thiết bị đắt tiền, lợi ích của các hệ thống bảo vệ tiên tiến hơn có thể biện minh cho chi phí cao hơn. Kỹ sư bảo vệ relay cần cân nhắc cẩn thận giữa chi phí và hiệu suất bảo vệ để đưa ra quyết định tối ưu cho mỗi ứng dụng cụ thể.

Dễ dàng cài đặt và vận hành

Relay quá dòng 50/51 nổi bật với tính đơn giản và hiệu quả trong cài đặt và vận hành. Thiết bị này chỉ yêu cầu kết nối với biến dòng điện tiêu chuẩn, thường đã có sẵn trong hệ thống điện.

Quá trình cài đặt thường chỉ bao gồm việc lắp đặt relay vào tủ điện, kết nối với nguồn điện và biến dòng, sau đó cài đặt các thông số cơ bản như dòng khởi động và thời gian tác động.

relay quá dòng 50/51
Cài đặt, hiệu chỉnh thông số dễ dàng từ nhiều cách

Đối với relay số hiện đại, việc cài đặt có thể thực hiện thông qua giao diện người dùng trực quan hoặc phần mềm chuyên dụng, giúp giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi cấu hình.

Đa dạng các đặc tuyến thời gian-dòng điện

Đa dạng đặc tuyến thời gian-dòng điện là một trong những ưu điểm nổi bật của relay quá dòng 50/51, cho phép tối ưu hóa bảo vệ cho nhiều ứng dụng khác nhau trong hệ thống điện. Các đặc tuyến này, bao gồm inverse, very inverse, và extremely inverse, cung cấp sự linh hoạt cần thiết để đáp ứng các yêu cầu bảo vệ đa dạng từ máy biến áp, động cơ đến đường dây phân phối dài.

Đặc tuyến inverse cơ bản có thời gian tác động giảm khi dòng sự cố tăng, phù hợp với nhiều ứng dụng thông thường. Ví dụ, trong bảo vệ đường dây phân phối ngắn, đặc tuyến này cung cấp sự cân bằng tốt giữa thời gian tác động nhanh cho sự cố nghiêm trọng và thời gian trễ đủ cho quá tải tạm thời.

relay quá dòng 50/51
Các đặt tuyến bảo vệ của chức năng 51 của hãng Siemens

Đặc tuyến very inverse có độ dốc lớn hơn, nghĩa là thời gian tác động giảm nhanh hơn khi dòng sự cố tăng. Điều này đặc biệt hữu ích trong bảo vệ máy biến áp, nơi cần phản ứng nhanh với dòng sự cố lớn để ngăn chặn thiệt hại nghiêm trọng. Ví dụ, đối với một máy biến áp phân phối 22/0.4 kV, relay với đặc tuyến very inverse có thể được cài đặt để tác động trong vòng 0.1 giây khi dòng sự cố đạt 10 lần dòng định mức, nhưng cho phép thời gian trễ lên đến 1 giây khi dòng chỉ vượt quá 20% so với định mức.

Đặc tuyến extremely inverse có độ dốc còn lớn hơn nữa, thích hợp cho các ứng dụng như bảo vệ động cơ hoặc đường dây dài. Đối với động cơ lớn, đặc tuyến này cho phép khởi động với dòng điện cao trong thời gian ngắn mà không gây tác động, nhưng vẫn bảo vệ nhanh chóng khi có sự cố nghiêm trọng. Trong trường hợp đường dây phân phối dài, extremely inverse giúp phối hợp tốt hơn với cầu chì ở cuối đường dây, đảm bảo chọn lọc trong bảo vệ.

Relay số hiện đại thậm chí còn cung cấp khả năng tùy chỉnh đặc tuyến, cho phép kỹ sư bảo vệ tạo ra các đường cong phù hợp nhất với đặc điểm của thiết bị cần bảo vệ. Điều này đặc biệt hữu ích trong các hệ thống phức tạp, nơi các đặc tuyến tiêu chuẩn có thể không đáp ứng đầy đủ yêu cầu phối hợp bảo vệ.

Những điểm trên cho thấy tại sao relay quá dòng 50/51 lại được sử dụng phổ biến và hiệu quả trong việc bảo vệ các lưới điện hình tia. Việc lựa chọn relay này giúp đảm bảo an toàn, giảm thiểu chi phí và tăng cường hiệu quả vận hành của hệ thống điện.

Relay quá dòng 50/51 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bảo vệ điện, cung cấp giải pháp hiệu quả và linh hoạt cho nhiều ứng dụng. Với khả năng phân biệt thời gian và dòng điện, phối hợp bảo vệ hiệu quả, chi phí hợp lý, dễ dàng cài đặt và vận hành, cùng với đa dạng đặc tuyến thời gian-dòng điện, relay 50/51 đáp ứng được nhiều yêu cầu bảo vệ khác nhau.

Từ bảo vệ máy biến áp, động cơ đến đường dây phân phối, relay này mang lại sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất và kinh tế. Tuy nhiên, việc lựa chọn và cài đặt relay cần được thực hiện cẩn thận, dựa trên phân tích kỹ lưỡng về đặc điểm hệ thống và yêu cầu bảo vệ cụ thể. Với sự phát triển của công nghệ số, relay 50/51 tiếp tục được cải tiến, mở ra nhiều khả năng mới trong việc tối ưu hóa bảo vệ hệ thống điện.

Share.

Leave A Reply