Các phần tử nguồn có bảo vệ dòng cực đại có hai cấp thời gian tác động tH và tTG. Cấp thời gian tH được chọn phối hợp với bảo vệ các phần tử khác trong hệ thống, còn cấp thời gian tTG để loại trừ sự cố trên thanh góp, bé hơn nhiều so với tH.

Khi sự cố trên đường dây ra, bảo vệ quá dòng của các lộ này gởi tín hiệu khoá mạch cắt với thời gian tTG­ của máy cắt nguồn, đồng thời đưa tín hiệu tác động cắt máy cắt thuộc đường dây bị sự cố. Thông thường sự cố trên đường dây ra sẽ được cắt với thời gian t1, t2 tuỳ theo vị trí điểm ngắn mạch. Nếu các bảo vệ hoặc máy cắt tương ứng từ chối tác động thì sau thời gian tH bảo vệ quá dòng ở phần tử phía nguồn sẽ tác động cắt máy cắt phía nguồn.

Khi ngắn mạch trên thanh góp bảo vệ các xuất tuyến ra không khởi động nên không gởi tín hiệu khoá máy cắt phía nguồn và thanh góp sự cố được cắt ra với thời gian tTG.

Nguyên tắc thực hiện khoá bằng rơle định hướng công suất khi các phần tử nối với thanh góp có nguồn cung cấp từ hai phía. Rơle khoá tác động khi hướng công suất ngắn mạch ra khỏi thanh góp. Khi ngắn mạch trên một nhánh có nguồn phần tử định hướng công suất trên nhánh đó khởi động. Khi ngắn mạch trên thanh góp rơle định hướng công suất không khởi động và thanh góp được cắt ra khỏi nguồn.

Sơ đồ sơ lệch thanh góp cần thoả mãn các yếu tố sau:

Nguyên lý so lệch cân bằng dòng hay áp thường được dùng bảo vệ thanh góp.

Bảo vệ loại cân bằng áp (hình 3.9): Các cuộn thứ cấp BI được nối sao cho khi ngắn mạch ngoài và làm việc bình thường, sức điện động của chúng ngược chiều nhau trong mạch, rơle được mắc nối tiếp trong mạch dây dẫn phụ.

- Khi ngắn mạch ngoài, cũng như khi làm việc bình thường có dòng phụ tải chạy qua, các sđđ E˙TI,E˙TI, size 12{ { dot {E}} rSub { size 8{"TI"} } ,} {}E˙TIIE˙TII size 12{ { dot {E}} rSub { size 8{"TII"} } } {} bằng nhau. Ví dụ I˙TI=I˙TIII˙TI=I˙TII size 12{ { dot {I}} rSub { size 8{"TI"} } = { dot {I}} rSub { size 8{"TII"} } } {}và nI=nIInI=nII size 12{n rSub { size 8{I} } =n rSub { size 8{"II"} } } {}nên:

I ˙ R = E ˙ TI − E ˙ TII Z I ˙ R = E ˙ TI − E ˙ TII Z size 12{ { dot {I}} rSub { size 8{R} } = { { { dot {E}} rSub { size 8{"TI"} } - { dot {E}} rSub { size 8{"TII"} } } over {Z} } } {}

trong đó Z là tổng trở toàn mạch vòng.

- Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ các sđđ E˙TI,E˙TI, size 12{ { dot {E}} rSub { size 8{"TI"} } ,} {}E˙TIIE˙TII size 12{ { dot {E}} rSub { size 8{"TII"} } } {} cộng nhau và tạo thành dòng trong rơle làm bảo vệ tác động.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng thanh góp có hai mạch như hình 3.10. Vùng bảo vệ được giới hạn giữa các BI. Dòng điện không cân bằng khi ngắn mạch ngoài trong sơ đồ này thường rất lớn do:

 Dòng từ hoá BI khác nhau.

 Tải mạch thứ cấp BI khác nhau.

 Mức độ bão hoà của BI do thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch gây ra khác nhau.

Thời gian suy giảm của thành phần không chu kì được đánh giá bằng hằng số thời gian ττ size 12{τ} {}tuỳ thuộc vào loại phần tử nối kết với thanh góp bị sự cố. Một vài trị số ττ size 12{τ} {} tiêu biểu như sau:

Máy phát cực lồi có cuộn cảm: 0,15sec.

Máy phát cực lồi không có cuộn cảm: 0,3sec.

Máy biến áp: 0,04sec.

Đường dây: 0,04sec.

Từ các số liệu trên ta nhận thấy nếu có máy phát nối với thanh góp, thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch sẽ tồn tại lâu hơn và BI bị bão hoà nhiều hơn.

Với bảo vệ so lệch dùng rơle dòng điện nên sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc để phối hợp với thời gian giảm dần của thành phần không chu kì dòng ngắn mạch.

Để không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng bão hoà lõi thép của BI khi ngắn mạch ngoài, người ta dùng BI với lõi không phải là sắt từ (BI tuyến tính, lõi không khí). Ưu điểm của BI này là:

- Không bị bão hoà.

- Đáp ứng nhanh và không bị quá độ.

- Tin cậy, dễ chỉnh định.

- Không nguy hiểm khi hở mạch thứ cấp.

Tuy nhiên khuyết điểm của loại này là công suất đầu ra thứ cấp thấp và giá thành rất đắt. Sơ đồ dùng BI tuyến tính thường là sơ đồ so lệch cân bằng áp (hình 3.11). Khi ngắn mạch ngoài tổng dòng bằng không và điện thế đưa vào rơle bằng không. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, hiệu điện thế suất hiện qua rơle tổng trở và làm rơle tác động.

Để khắc phục dòng không cân bằng lớn của bảo vệ so lệch thanh góp khi dùng rơle dòng điện người ta cũng có thể dùng rơle so lệch có hãm. Loại rơle này cung cấp một đại lượng hãm thích hợp để khống chế dòng không cân bằng khi ngắn mạch ngoài có dòng không cân bằng lớn.

Dòng điện so lệch Isl (dòng làm việc) :

I˙sl =I˙lv=I˙TI−I˙TIII˙sl =I˙lv=I˙TI−I˙TII size 12{ { dot {I}} rSub { size 8{"sl "} } = { dot {I}} rSub { size 8{"lv"} } = { dot {I}} rSub { size 8{"TI"} } - { dot {I}} rSub { size 8{"TII"} } } {}(3-1)

Dòng điện hãm IH:

I˙H =K(I˙TI+I˙TII)I˙H =K(I˙TI+I˙TII) size 12{ { dot {I}} rSub { size 8{"H "} } =K \( { dot {I}} rSub { size 8{"TI"} } + { dot {I}} rSub { size 8{"TII"} } \) } {} (3-2)

Với K là hệ số hãm, K < 1.

Trong chế độ làm việc bình thường, hay khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng điện làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm nên rơle so lệch không làm việc. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (ví dụ chỉ có một nguồn cung cấp đến thanh góp), lúc này:

I˙lv=I˙TI>I˙HI˙lv=I˙TI>I˙H size 12{ { dot {I}} rSub { size 8{"lv"} } = { dot {I}} rSub { size 8{"TI"} } > { dot {I}} rSub { size 8{H} } } {} (3-3)

nên rơle so lệch sẽ làm việc.

Rơle so lệch tổng trở cao được mắc song song với điện trở R có trị số khá lớn.

Trong chế độ làm việc bình thường và khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (điểm N2), ta có:

ΔI˙=I˙TI−I˙TII=0ΔI˙=I˙TI−I˙TII=0 size 12{Δ { dot {I}}= { dot {I}} rSub { size 8{"TI"} } - { dot {I}} rSub { size 8{"TII"} } =0} {} (3-4)

Nếu bỏ qua sai số của máy biến dòng, thì dòng điện thứ cấp của BI chạy qua điện trở R có thể xem bằng không.

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N1) toàn bộ dòng ngắn mạch sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle rất lớn, rơle sẽ tác động.

Sơ đồ (hình 3.14) trình bày phương án thực hiện bảo vệ rơle tổng trở cao đối với thanh góp. Để đơn giản, ta xét trường hợp sơ đồ thanh góp chỉ có hai phần tử (G, H) và máy biến dòng có thông số giống nhau. Rơle được mắc nối tiếp vời một điện trở ổn định RR, việc mắc nối tiếp một điện trở ổn định RR sẽ làm tăng tổng trở mạch rơle nên phần lớn dòng không cân bằng (do sự bão hoà không giống nhau giữa các BI khi ngắn mạch ngoài) sẽ chạy trong mạch BI bị bão hòa có tổng trở thấp hơn, nghĩa là RR có tác dụng phân dòng qua rơle.

Nếu xem cácmáy biến dòng hoàn toàn giống nhau thì RBIG = RBIH (điện trở thứ cấp BI), dây dẫn phụ được đặc trưng bởi R1H và R1G (hình 3.14) và điện kháng mạch từ hóa xH, xG. Ở chế độ ngắn mạch ngoài, nếu các máy biến dòng không bị bão hòa thì xH và xG có trị số khá lớn nên dòng điện từ hóa có thể bỏ qua, dòng điện ra vào nút cân bằng nhau (định luật 1 Kirchoff) do đó phía thứ cấp BI không có dòng chạy qua rơle, rơle không tác động. Trường hợp tồi tệ nhất là máy biến dòng đặt trên phần tử có sự cố bão hòa hoàn toàn, giả thiết ngắn mạch ngoài ở nhánh H làm BI nhánh H bị bão hòa hoàn toàn (xH = 0) nghĩa là biến dòng H không có tín hiệu đầu ra, tình trạng này được biểu thị bằng cách nối tắt xH (hình 3.14). Máy biến dòng G cho tín hiệu đầu ra lớn hơn, không bị bão hòa.