0968309279 | hotro@tiemdien.com | Giao hàng toàn quốc
Contactor - Relay Kỹ thuật

Relay bảo vệ là gì? Các loại relay bảo vệ trong hệ thống điện

8 phút đọc 18/06/2026
Tóm tắt nhanh

Relay bảo vệ (protection relay) là thiết bị điện tử hoặc kỹ thuật số liên tục giám sát các thông số của hệ thống điện (dòng, áp, tần số, trở kháng, góc pha) và phát lệnh cắt máy cắt khi phát hiện sự cố. Vai trò kép: bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng và cô lập vùng sự cố nhanh nhất có thể để hệ thống không sự cố tiếp tục vận hành. Chuẩn mã hóa theo ANSI/IEEE C37.2 (ký hiệu số: 21, 27, 50, 51, 59, 64, 67, 87...).

Relay bảo vệ là gì?

Relay bảo vệ (protection relay) là thiết bị có nhiệm vụ phát hiện sự cố trong hệ thống điện và ra lệnh cắt máy cắt (circuit breaker) để cô lập vùng sự cố. Đây là xương sống của hệ thống bảo vệ điện lực, từ trạm biến áp hạ thế 22/0,4kV nhỏ nhất đến đường dây truyền tải 500kV.

Relay bảo vệ khác relay điều khiển (relay trung gian, relay thời gian) ở ba điểm:

  • Đo lường chính xác: Kết nối với máy biến dòng (BI) và máy biến điện áp (BU) để đo các đại lượng điện với độ chính xác cao
  • Tốc độ tác động: Cần tác động trong vài mili-giây đến vài chục mili-giây, không thể chậm trễ
  • Tính chọn lọc (selectivity): Chỉ cắt phần tử bị sự cố, giữ nguyên phần còn lại của hệ thống

Relay bảo vệ hiện đại (IED — Intelligent Electronic Device) là máy tính nhúng tích hợp nhiều chức năng bảo vệ, đo lường, ghi sự cố, và truyền thông SCADA trong một hộp.

Phân loại relay bảo vệ theo chức năng (chuẩn ANSI)

Mã ANSI Tên relay Chức năng Bảo vệ đối tượng
21 Relay khoảng cách (Distance) Đo trở kháng Z = V/I, tác động khi Z nhỏ hơn ngưỡng (sự cố gần) Đường dây truyền tải, cáp trung thế
27 Relay thấp áp (Undervoltage) Tác động khi điện áp giảm dưới ngưỡng (ví dụ: <80% Uđm) Motor, tụ bù, thiết bị nhạy điện áp
32 Relay công suất ngược (Directional power) Tác động khi công suất chạy ngược chiều (máy phát nhận công suất từ lưới) Máy phát điện
40 Relay mất kích từ (Loss of excitation) Phát hiện máy phát mất kích từ, hoạt động như động cơ đồng bộ Máy phát điện
46 Relay mất cân bằng pha / thứ tự nghịch Tác động khi dòng thứ tự nghịch vượt ngưỡng Motor, máy phát
49 Relay nhiệt cuộn dây (Thermal) Mô hình nhiệt cuộn dây máy biến áp/motor, tác động khi quá nhiệt Máy biến áp, motor lớn
50 Relay quá dòng tức thì (Instantaneous OC) Tác động tức thì khi dòng vượt ngưỡng cao (thường 10–20 × Iđm) Ngắn mạch gần nguồn
51 Relay quá dòng có thời gian (Time OC) Tác động theo đặc tính thời gian-dòng điện (inverse time) Đường dây, máy biến áp, cáp
59 Relay quá áp (Overvoltage) Tác động khi điện áp vượt ngưỡng (ví dụ: >115% Uđm) Thiết bị đầu cuối, tụ bù
64 Relay chạm đất (Ground fault) Phát hiện sự cố chạm đất bằng dòng thứ tự không Máy phát, máy biến áp, cáp
67 Relay quá dòng có hướng (Directional OC) Kết hợp hướng công suất với quá dòng — tác động khi sự cố theo hướng bảo vệ Lưới vòng, hệ thống phân tán
81 Relay tần số (Frequency) Tác động khi tần số lệch khỏi dải cho phép (49–51Hz) Máy phát, tải quan trọng
87 Relay so lệch (Differential) So sánh dòng vào và dòng ra của phần tử bảo vệ, tác động khi lệch > ngưỡng Máy biến áp, máy phát, thanh cái

Relay quá dòng ANSI 50/51 — phổ biến nhất trong thực tế VN

Relay quá dòng (overcurrent relay) là loại phổ biến nhất, được lắp hầu hết trong các tủ RMU, tủ hạ thế 0,4kV và tủ phân phối.

ANSI 50 — Instantaneous: Tác động tức thì (thường <50ms) khi dòng vượt ngưỡng đặt cao. Ví dụ: chỉnh 1000A cho đường dây 400A định mức — chỉ tác động khi có ngắn mạch, không tác động quá tải.

ANSI 51 — Time overcurrent: Tác động theo đặc tính inverse time — dòng càng lớn, thời gian tác động càng ngắn. Chuẩn IEC 60255 định nghĩa các đường cong:

  • Standard Inverse (SI): t = 0,14 × TDS / (I/Is)^0,02 – 1 — thường dùng cho đường dây phân phối
  • Very Inverse (VI): t = 13,5 × TDS / (I/Is – 1) — phân biệt tốt quá tải và ngắn mạch
  • Extremely Inverse (EI): t = 80 × TDS / (I/Is)^2 – 1 — phù hợp bảo vệ máy biến áp, fuse coordination

Trong đó: TDS = time dial setting (hệ số thời gian, 0,05–1,0); Is = dòng chỉnh định (pickup current); I = dòng sự cố thực.

Relay so lệch ANSI 87 — bảo vệ máy biến áp

Relay so lệch hoạt động theo nguyên lý Kirchhoff: dòng vào phần tử bảo vệ phải bằng dòng ra. Nếu dòng vào ≠ dòng ra, có nghĩa là có dòng rò trong phần tử (sự cố nội bộ).

Thực tế phức tạp hơn vì: (1) Máy biến áp đổi cấp điện áp nên dòng sơ cấp ≠ dòng thứ cấp; (2) Góc lệch pha Δ-Y 30 độ; (3) Dòng từ hóa khi đóng điện (inrush current) có thể lên 10–15 lần Iđm trong vài chu kỳ đầu.

IED hiện đại xử lý tất cả bằng thuật toán phần mềm: bù tỉ số BI, bù góc pha, lọc sóng hài bậc 2 (đặc trưng inrush) để tránh tác động sai khi đóng điện máy biến áp.

Ứng dụng trong TBA 22/0,4kV tại Việt Nam

Trạm biến áp điển hình 22kV/0,4kV tại khu công nghiệp Việt Nam thường trang bị:

  • Phía 22kV (RMU — Ring Main Unit): Relay quá dòng ANSI 50/51 + chạm đất ANSI 51N, thường dùng IED Siemens 7SJ85, ABB REF630, hoặc Schneider Sepam 40
  • Máy biến áp: Rơle Buchholz (khí), relay nhiệt độ cuộn dây (winding temperature relay ANSI 49), relay so lệch ANSI 87T cho TBA công suất lớn (>5MVA)
  • Phía 0,4kV: MCCB có chức năng bảo vệ điện tử (LSI: Long-Short-Instantaneous), relay thứ tự nghịch ANSI 46 cho motor quan trọng
  • Hệ thống chung: Relay tần số ANSI 81 và relay điện áp ANSI 27/59 cho phụ tải ưu tiên

Tiêu chuẩn IEC 60255

IEC 60255 là bộ tiêu chuẩn quốc tế cho relay đo lường và thiết bị bảo vệ, gồm nhiều phần:

  • IEC 60255-1: Yêu cầu chung (cơ học, điện, EMC)
  • IEC 60255-151: Relay quá dòng có thời gian, định nghĩa các đường cong SI/VI/EI/LTI
  • IEC 60255-187-3: Relay so lệch máy biến áp
  • IEC 60255-127: Relay khoảng cách

Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C37.2 song song tồn tại và phổ biến tại thị trường Mỹ, cũng được dùng rộng rãi ở Việt Nam để đặt tên chức năng (mã số ANSI).

Câu hỏi thường gặp

01
Relay bảo vệ số (IED) khác gì relay bảo vệ analog cổ điển?

Relay analog (electromechanical/static): một thiết bị = một chức năng bảo vệ, điều chỉnh bằng vít và cam cơ học, không có giao diện số, không lưu sự cố, không kết nối mạng. IED (Intelligent Electronic Device): một thiết bị tích hợp 10–30 chức năng bảo vệ, cài đặt bằng phần mềm qua laptop, lưu log sự cố 100+ sự kiện, đo lường và đồng hồ điện, giao tiếp IEC 61850/Modbus/DNP3 với SCADA, thực hiện tự động hóa trạm (SA). Chi phí đầu tư cao hơn nhưng giảm mạnh chi phí vận hành và cải thiện độ tin cậy.

02
Relay quá dòng chỉnh định bao nhiêu A cho máy biến áp 1000kVA?
03
Tại sao relay so lệch 87T tác động sai khi đóng điện máy biến áp?
04
Phối hợp bảo vệ (protection coordination) là gì?
05
Relay bảo vệ cần kiểm tra định kỳ không?

Thuật ngữ liên quan

Chat Zalo Zalo Gọi ngay