Skip to content Skip to navigation Skip to collection information

Connexions

You are here: Home » Content » Giáo trình thiết bị điện » Rơ le

Navigation

Lenses

What is a lens?

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

This content is ...

Affiliated with (What does "Affiliated with" mean?)

This content is either by members of the organizations listed or about topics related to the organizations listed. Click each link to see a list of all content affiliated with the organization.
  • VOCW

    This module and collection are included inLens: Vietnam OpenCourseWare's Lens
    By: Vietnam OpenCourseWare

    Click the "VOCW" link to see all content affiliated with them.

Recently Viewed

This feature requires Javascript to be enabled.
 

Rơ le

Module by: Lê Thành Bắc. E-mail the author

Summary: Phần này trình bày khái niệm chung về rơ le

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RƠLE

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.

Các bộ phận (các khối) chính của rơle

+ Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu)

Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.

+ Cơ cấu trung gian( khối trung gian)

Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.

+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.

Ví dụ các khối trong cơ cấu rơle điện từ hình 6-1.

-Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.

-Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện.

-Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm.

Hình 1
Hình 1 (graphics1.png)

Phân loại rơle

Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle:

a) Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm

+ Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,...).

+ Rơle nhiệt.

+ Rơle từ.

+ Rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch.

+ Rơle số.

b) Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành

+ Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.

+ Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,...

c) Phân loại theo đặc tính tham số vào

+ Rơle dòng điện.

+ Rơle điện áp.

+ Rơle công suất.

+ Rơle tổng trở,...

d) Phân loại theo cách mắc cơ cấu

+ Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.

+ Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.

e) Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle

+Rơle cực đại.

+Rơle cực tiểu.

+Rơle cực đại-cực tiểu.

+Rơle so lệch.

+Rơle định hướng.

...

Đặc tính vào -ra của rơle

Hình 2
Hình 2 (graphics2.png)

Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơle như hình minh họa.

Khi x biến thiên từ 0 đến x2 thì y = y1 đến khi x= x2 thì y tăng từ y = y1 đến y = y2 (nhảy bậc). Nếu x tăng tiếp thì y không đổi y = y2 . Khi x giảm từ x2 về lại x1 thì y = y2 đến x = x1 thì y giảm từ y2 về y = y1.

Nếu gọi:

+ X = X2= Xtđ là giá trị tác động rơle.

+ X = X1 = Xnh là giá trị nhả của rơle.

Thì hệ số nhả:

K nh = X 1 X 2 = X nh X K nh = X 1 X 2 = X nh X size 12{" K" rSub { size 8{"nh"} } = { {X rSub { size 8{1} } } over {X rSub { size 8{2} } } } = { {X rSub { size 8{ ital "nh"} } } over {X rSub { size 8{tâ} } } } } {}

Các thông số của rơle

a) Hệ số điều khiển rơle

Kâk=PâkPKâk=PâkP size 12{K rSub { size 8{"âk"} } = { {P rSub { size 8{"âk"} } } over {P rSub { size 8{"tâ"} } } } } {} , với:

+Pđk là công suất điều khiển định mức của rơle, chính là công suất định mức của cơ cấu chấp hành.

+Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để rơle tác động.

Với rơle điện từ Pđk là công suất tiếp điểm (nghĩa là công suất tiếp điểm cho phép truyền qua). Ptđ là công suất cuộn dây nam châm hút.

Các loại rơle khác nhau thì Knh và Kđk cũng khác nhau.

b) Thời gian tác động

Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp hành làm việc. Với rơle điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng (hay áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng).

Các loại rơle khác nhau ttđ cũng khác nhau.

+ttđ < 1.10-3[s] : rơle không quán tính.

+t­tđ = (1  50).10-3 [s]: rơle tác động nhanh.

+ttđ > 150.10-3[s]: rơle thời gian.

Một số ví dụ về rơle điện cơ

Bảng 1: Rơ le điện cơ

Bảng 1
Loại rơle. Ptđ[W] Pđk[W] Kđk ttđ[10-3s]
Rơle điện từ : 10-110-3 10104 55000 12000
Rơle từ điện : 10-910-4 0,12 104108 10500
Rơle cảm ứng : 10-2102 10-1103 102104 1100

RƠLE ĐIỆN TỪ

Nguyên lí làm việc

Hình 3
Hình 3 (graphics3.png)

Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện từ. Xét một rơle như hình minh họa. Khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm điện thì nắp sẽ chịu một lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào nắp :

F = K . i 2 δ 2 , våïi : δ : khe håí i : doìng âiãûn K:laì hãû säú ( xem chæång 5 ) { { F = K . i 2 δ 2 , våïi : δ : khe håí i : doìng âiãûn K:laì hãû säú ( xem chæång 5 ) { { size 12{F= { {K "." i rSup {2} } over {δ rSup {2} } } ~,`"våïi"": "alignl { stack { left lbrace size 10{δ" : khe håí"} {} # right none left lbrace size 10{"i : doìng âiãûn"} {} # right none left lbrace size 10{"K:laì hãû säú " \( "xem chæång 5" \) } {} # right no } } lbrace } {}

Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và khi lực F tăng thì khe hở giảm ( giảm) làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được gắn với nắp).

Khi dòng điện i  Itv (dòng trở về) thì lực lò xo Flò xo > F (lực điện từ) và rơ le nhả.

Tỉ số: Ktv=ItvI âæåüc goüi laì hãû säú tråí vãöKtv=ItvI âæåüc goüi laì hãû säú tråí vãö size 12{ size 10{K rSub { size 8{ ital "tv"} } = { { size 12{I rSub { size 8{ ital "tv"} } } } over { size 12{I rSub { size 8{"tâ"} } } } } " âæåüc goüi laì hãû säú tråí vãö"}} {}.

+ Rơle dòng cực đại Ktv < 1.

+ Rơle dòng cực tiểu Ktv > 1.

Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1.

P âk : cäng suáút âiãöu khiãøn . P : cäng suáút taïc âäüng cuía råle . K âk = P âk P hãû säú âiãöu khiãøn cuía råle . Våïi { P âk : cäng suáút âiãöu khiãøn . P : cäng suáút taïc âäüng cuía råle . K âk = P âk P hãû säú âiãöu khiãøn cuía råle . Våïi { alignl { stack { size 12{K rSub { size 8{"âk"} } = { {P rSub { size 8{"âk"} } } over {P rSub { size 8{"tâ"} } } } " hãû säú âiãöu khiãøn cuía råle" "." } {} # "Våïi "alignl { stack { left lbrace P rSub {"âk"} " : cäng suáút âiãöu khiãøn" "." {} # right none left lbrace P rSub {"tâ"} " : cäng suáút taïc âäüng cuía råle" "." {} # right no } } lbrace {} } } {}

Rơle càng nhạy Kđk càng lớn.

Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lớn hơn Itđ đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ.

Số lần tác động trong một đơn vị thời gian (giờ) gọi là tần số tác động.

Rơle điện từ phân ra hai loại:

+ Rơle một chiều thç I=UR' nãn ta tênh F=K'.U2δ2thç I=UR' nãn ta tênh F=K'.U2δ2 size 12{ size 10{"thç "I= { { size 10{U}} over { size 10{R'}} } " nãn ta tênh "F=K' "." { { size 10{U rSup { size 8{2} } }} over { size 12{δ rSup { size 8{2} } } } } }} {} có U là điện áp đặt vào cuộn dây.

+ Rơle xoay chiều : lực F = 0 (tần số 2f) khi I = 0. Giá trị trung bình của lực hút sẽ là: Ftb=k { {I rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {}Ftb=k { {I rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {} size 12{F rSub { size 8{ ital "tb"} } =k" { {I rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {}, nếu cuộn dây đặt song song với nguồn điện áp U thì Ftb=k { {U rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {}Ftb=k { {U rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {} size 12{F rSub { size 8{ ital "tb"} } =k" { {U rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {}.

Nam châm xoay chiều khi lực F = 0 lò xo kéo nắp ra, do vậy rơle loại này khi làm việc có rung động gây tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng dùng vòng ngắn mạch.

Rơle điện từ có các đặc điểm:

- Công suất điều khiển Pđk từ vài W đến hàng nghìn W.

- Công suất tác động Ptđ từ vài phần W đến hàng trăm W.

- Hệ số điều khiển Kđk = (5  20).

- Thời gian tác động ttđ = (2  20)ms.

Hình 6-4 :Một số loại rơle điện từa)rơle dòng diện và điện áp; b)rơle trung gian; c)rơle thời gian Nhược điểm của rơle điện từ

Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến ứng dụng vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk.

Một số loại rơle điện từ

a) Rơle dòng điện và điện áp loại T (hình 6-4a).

b) Rơle trung gian (hình 6-4b). Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch đại tín hiệu điều khiển, nó thường nằm ở vị trí trung gian giữa các rơle khác. Đặc điểm rơle trung gian có cơ cấu điều chỉnh điện áp tác động để có thể tác động khi điện áp tăng giảm trong khoảng ±± size 12{ +- {}} {}15% Uđm.

c) Rơle thời gian điện từ (hình 6-4c) khi từ thông 0 giảm thì sức điện động e chống sự giảm để duy trì thời gian khoảng t = (0,5  5)s.

Rơle phân cực

Rơle phân cực là một dạng của rơle điện từ có thêm từ thông phân cực do nam châm vĩnh cửu tạo nên. Chuyển động của nắp phụ thuộc vào chiều dòng trong cuộn dây. Khi chưa có dòng điện thì phần động rơle đã ở một trong hai vị trí do lực hút từ trường nam châm vĩnh cửu.

Hình 6-5: Rơle phân cực Mạch từ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc sao cho một phía khe hở không khí lớn còn một phía nhỏ để khi cho dòng vào cuộn dây nam châm thì tổng lực hút điện từ của cuộn dây và nam châm vĩnh cửu phân cực hai bên không bằng nhau, nắp bị hút về một bên, lực hút nam châm vĩnh cửu làm nhiệm vụ giữ nắp khi cắt điện cuộn dây. Muốn nắp chuyển động ngược lại thì phải đổi chiều dòng điện để đổi chiều lực hút điện từ. Hai kiểu rơle phân cực như hình 6-5.

Loại này có ưu điểm chính là độ nhạy cao kích thước gọn thời gian tác động nhanh cỡ (2  3).10-3s , cho phép thao tác với tần số lớn.

RƠLE ĐIỆN ĐỘNG

Nguyên lí

Theo nguyên tắc, rơle điện động có hai cuộn dây như hình minh họa

Hình 4
Hình 4 (graphics4.png)

Khi có dòng qua cuộn dây 1 là i1 và cuộn dây 2 có dòng điện i2. Tại vị trí như hình minh họa ta có cảm ứng từ B12 = K’.i1 và có lực điện từ F = K”.B12.i2 hay lực F = K1”.i1.i2 sẽ sinh ra mô men M = Ki1i2 đặt lên cuộn dây 2, làm cuộn dây 2 quay và đóng tiếp điểm. Nếu hai cuộn được mắc nối tiếp thì i1 = i2 = i có M = Ki2 lúc này mô men độc lập với chiều dòng điện. Khi mạch điện xoay chiều với tần số f thì thì F thay đổi, rơle sẽ làm việc với giá trị trung bình của lực điện từ và mô men.

Mtb=1T0TMdt=kI1I2cosϕMtb=1T0TMdt=kI1I2cosϕ size 12{M rSub { size 8{"tb"} } = { {1} over {T} } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } {"Mdt"="kI" rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{2} } "cos"ϕ } } {}.

Trong đó :

+ I1, I2 :trị hiệu dụng.

+  :góc lệch pha giữa hai dòng điện i1, i2.

Nếu i1 = i2 thì cos = 1 và Mtb = Ki2.

Khi một trong hai cuộn dây được đổi chiều dòng điện thì chiều mô men trung bình Mtb cũng thay đổi.

Ứng dụng

Rơle điện động được sử dụng làm rơle công suất tác dụng, phản kháng. Có thể chế tạo rơle sắt điện động để tăng trị số mô men Mtb và sẽ tăng độ nhạy của rơle. Loại rơle điện động xoay chiều không có mạch sắt từ tuy Mtb nhỏ nhưng dùng nhiều trong tự động điều khiển.

RƠLE KIỂU TỪ ĐIỆN

Nguyên lí

Sự làm việc của rơ le loại này dựa trên cơ sở lực điện từ do từ trường của nam châm vĩnh cửu tác dụng lên một cuộn dây khi có dòng điện chạy qua. Nguyên lí chung biểu diễn như hình minh họa.

Hình 5
Hình 5 (graphics5.png)

Từ trường nam châm vĩnh cửu với cảm ứng từ B tác dụng lên khung có dòng I tạo ra mômen quay.

Lực điện từ là F = K’B12I.

Mô men quay M = KI (tỉ lệ với dòng điện I).

Đặc điểm

Rơle từ điện có độ nhạy lớn, công suất tác động nhỏ (cỡ 10-10 w) sử dụng nhiều trong tự động hóa, công suất điều khiển cỡ 1 đến 2 W.

Không làm việc ở mạch xoay chiều vì ở mạch xoay chiều mô men trung bình Mtb = 0.

RƠLE CẢM ỨNG

Nguyên lí

Dựa trên tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều với dòng điện cảm ứng trong bộ phận quay (đĩa, cối) để tạo mômen quay. Hình 6-8a là sơ lược kết cấu một rơ le cảm ứng.

Hai từ thông 1, 2 biến thiên xuyên qua đĩa nhôm tương ứng cảm ứng các sức điện động e1, e2 sinh ra các dòng i1, i2 . Các lực điện từ là F12 = B2i1l và F21 = B1i2l, lực điện từ tổng:

F = F 12 + F 21 , thæåìng thç: F = F 12 F 21 = 1 S φ 2 i 1 φ 1 i 2 F = F 12 + F 21 , thæåìng thç: F = F 12 F 21 = 1 S φ 2 i 1 φ 1 i 2 alignl { stack { size 12{ { vec {F}}= { vec {F}} rSub { size 8{"12"} } + { vec {F}} rSub { size 8{"21"} } " ,"` size 11{"thæåìng thç:"}} {} # F=F rSub { size 8{"12"} } - F rSub { size 8{"21"} } = { {1} over {S} } left [φ rSub { size 8{2} } i rSub { size 8{1} } - φ rSub { size 8{1} } i rSub { size 8{2} } right ] {} } } {}

Vì dòng điện và từ thông là những đại lượng thay đổi theo thời gian nên tấm kim loại sẽ chịu lực trung bình:

F t b = 1 T 0 T 1 S φ 2 i 1 φ 1 i 2 . dt = k . φ m1 φ m2 sin α F t b = 1 T 0 T 1 S φ 2 i 1 φ 1 i 2 . dt = k . φ m1 φ m2 sin α size 12{F rSub { size 8{"t b"} } "= " { {1} over {T} } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } { { {1} over {S} } } left [φ rSub { size 8{2} } i rSub { size 8{1} } - φ rSub { size 8{1} } i rSub { size 8{2} } right ] "." ital "dt ""= k" "." φ rSub { size 8{"m1"} } φ rSub { size 8{"m2"} } "sin"α" "} {}

với  là góc lệch pha giữa 1 và 2.

Mô men quay trung bình tác dụng vào phần động sẽ là: Mtb= km. m1. m2.sin.

Trong thực tế sự lệch pha từ thông có thể thực hiện bằng nhiều cách nhưng thường dùng vòng ngắn mạch.

Nhận xét

+  = 0 thì F = 0 nghĩa hai từ thông trùng pha nhau đĩa không quay.

+  = 900 thì F = Fmax.

Vậy muốn đĩa quay thì từ thông của hai nam châm phải có vị trí khác nhau trong không gian và lệch pha về thời gian.

Ứng dụng rơle cảm ứng chế tạo

+ Rơle dòng T-80 (hình 6-8b), PT-80.

+ Rơle công suất loại cốc 4 cực từ ( 2 cực quấn cuộn dòng, 2 cực quấn cuộn áp).

+ Rơle kiểm tra tốc độ kiểu cảm ứng kí hiệu PKC.

Hình 6-8: a)Sơ lược kết cấu rơle cảm ứng ; b)̀ Rơle cảm ứng kiểu T-80RƠLE NHIỆT - RƠLE THỜI GIAN - RƠLE TỐC ĐỘRƠLE ĐIỀU KHIỂN

Rơle nhiệt

t[s]I/Iđm11,22345610100100010.000123b)Hình 6-9a)a)Nguyên lí; b) Đặc tính:1.đặc tính thiết bị,2.đặc tính rơle,3.đặc tính mong muốn. a) Khái niệm - công dụng

Rơle nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ. Dùng ở điện áp xoay chiều đến 500 V, tần số 50Hz, loại mới Iđm đến 150A điện áp một chiều tới 440V. Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng. Thời gian làm việc từ khoảng vài giây [s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy.

b) Nguyên lí ( hình 6-9a)

Dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện, ngày nay sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại kép, nguyên lí làm việc dựa trên sự khác nhau về giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nóng. Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm - niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn.

Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.

Rơle tốc độ (hình 6-10)

Hình 6-10: Rơle tốc độ̣ loại li tâmĐại lượng đầu vào là tốc độ quay của thiết bị, đại lượng ra là trạng thái đóng hoặc mở tiếp điểm. Nguyên lí loại li tâm như sau: khi trục đứng yên hoặc quay với tốc độ nhỏ hơn trị số tốc độ tác động, lò xo 3 kéo quả văng 2 tỳ lên đĩa 4, mở hệ thống tiếp điểm 5 đóng hệ thống 6, khi tốc độ lớn hơn vtđ lực li tâm của quả văng 2 thắng lực lò xo 3 làm hai quả 2 không tỳ vào đĩa 4, lò xo đẩy đĩa 4 ra, tiếp điểm động gắn trên đĩa sẽ đóng tiếp điểm thường mở 6 và cắt tiếp điểm thường đóng 5. Điều chỉnh độ văng của hai quả văng bằng lò xo 3 thì có thể thay đổi được trị số vận tốc tác động vtđ.

Rơle thời gian

  1. Khái niệm

Dùng để duy trì thời gian đóng chậm hoặc mở chậm của hệ thống tiếp điểm so

với thời điểm đưa tín hiệu tác động vào rơle.

Thời gian chậm này có thể vài phần giây cho đến hàng giờ.

b) Yêu cầu

Thời gian chậm thực hiện bởi rơle phải ổn định ít phụ thuộc vào các yếu tố khác như điện áp nguồn, dòng điện, nhiệt độ môi trường,...

c) Phân loại

Có rất nhiều loại rơle thời gian với nguyên lí, cấu tạo rất khác khác nhau như:

+ Rơle thời gian kiểu điện từ (hình 6-4c).

+ Rơle thời gian kiểu thủy lực.

+ Rơle thời gian kiểu đồng hồ.

+ Rơle thời gian kiểu điện tử - bán dẫn.

Ta chỉ xét đại diện một loại:

Rơle thời gian kiểu điện từ cấu tạo như hình 6-4c loại này duy trì thời gian nhả chậm và chỉ dùng cho điện một chiều.

d) Nguyên lí

Trong quá trình đóng hay ngắt cuộn dây rơle thì ở trong vòng ngắn mạch (chính là ống lót bằng đồng 1) sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng, dòng điện do nó sinh ra sẽ tạo ra một từ thông chống lại sự biến thiên từ thông do cuộn 7 dây sinh ra. Do đó nó làm cho tốc độ thay đổi của từ thông chậm lại làm thời gian tác động của rơle chậm lại.

Thay đổi thời gian tác động bằng cách thay đổi độ căng lò xo 3, điều chỉnh vít 4 để điều chỉnh chiều rộng khe hở có miếng đệm 6 hoặc trị số dòng điện.

Loại này thời gian chậm đến 3 giây.

Rơle điều khiển

Có chức năng như một rơle trung gian, nhưng có kích thước nhỏ, tần số thao tác lớn, khả năng ngắt lớn, hệ số nhả cao. Cấu tạo của rơle được mô tả như hình 6-11a.

Trong ống thủy tinh kín 1 đặt thanh dẫn 2 bằng thép lò xo dẫn từ. Ở hai đầu mỗi thanh dẫn có gắn tiếp điểm bằng flatin. Ống 1 được rút hết không khí hoặc cho vào đó một chất khí thích hợp, mục đích để hồ quang dập tắt dễ dàng. Ngoài ống đặt cuộn dây 3, khi đưa điện vào cuộn dây 3, lực điện từ sẽ làm hai thanh hút nhau, hệ tiếp điểm được đóng lại. Nếu ngắt điện của cuộn dây, lực đàn hồi của hai thanh dẫn làm tiếp điểm mở ra.

Loại rơle này có ưu điểm là môi trường làm việc của tiếp điểm gần như lí tưởng, do đó không bị oxy hóa. Khi đóng/ngắt không có hồ quang, vì vậy tuổi thọ của nó đạt tới khoảng 10 triệu lần đóng/ngắt. Khe hở giữa hai tiếp điểm bé nên cho phép thời gian tác động bé, cỡ (0,2 ¸¸ size 12{¸} {} 0,4).10-3s. Có thể làm việc với tần số thao tác từ 400 đến 2000 lần đóng ngắt trong một giây. Khả năng ngắt của rơle với đường kính ống thủy tinh d= (2,5 ¸¸ size 12{¸} {} 6,5) mm chiều dài l = (10 ¸¸ size 12{¸} {} 55) mm đạt tới 1A, đôi khi tới 5A. Từ trường cần thiết cho điều khiển bé, sức từ động của cuộn dây bé khoảng (20 ¸¸ size 12{¸} {} 200) A.vòng.

iiđk123a)1234iđkb)Hình 6-11: Rơle điều khiểnHình 6-11b trình bày cấu tạo của một rơle dòng điện, trong ống thủy tinh 1 gá hai điện cực bằng vonfram 2 và trong có một lượng thủy ngân. Phao sắt từ 3 hình trụ rỗng, nổi trên thủy ngân (vì tỉ trọng của sắt bé hơn tỉ trọng của thủy ngân). Cuộn dây điều khiển 4 được đặt lệch về phía dưới của ống (về phía chứa thủy ngân). Khi không có điện vào cuộn dây, phao 3 nổi, cực 2 không tiếp xúc với thủy ngân, mạch điện hở. Khi có điện vào cuộn dây, lực điện từ sẽ hút phao 3 về phía cuộn dây làm thủy ngân dâng lên, cực 2 ngập trong thủy ngân, mạch điện được nối kín. Vì ngắt bằng thủy ngân nên tốc độ ngắt rất lớn, sinh ra quá áp cao.

ĐẠI CƯƠNG VỀ RƠLE TĨNH

Sự đổi mới của kĩ thuật rơle

a) Những hạn chế của rơle điện- cơ

Cho đến khoảng những năm 70 các thiết bị bảo vệ rơle chủ yếu cũng chỉ thực hiện với cơ cấu so sánh là điện từ và cơ khí, cơ cấu thừa hành là tiếp điểm hợp kim.

Cơ cấu đo và so sánh cơ - điện từ có những đặc điểm :

- Chậm: mạch điện từ đo mất khoảng 20 ms, cơ cấu so sánh đòn bẩy, lò xo, cuộn dây nhanh cũng cỡ 10ms.

- Kém chính xác: việc đo điện từ trước kia thường đo qua biến dòng (BI) 5A  100A, đo áp của BU cỡ 100V. Thường không qua lọc, khi đo lẫn cả thành phần tần số công nghiệp với các thành phần tự do và hài. Những thành phần này thường khá lớn có thể làm sai kết quả đo rất nhiều.

- Cơ cấu đo và so sánh lại thường chỉ là loại đo đơn biến, một dòng hoặc một áp. Thường khó thực hiện được những phép xử lí phức tạp cần có như các phép số học, giải tích, phép trễ, phép đếm ,...

Do đó muốn bảo vệ cho một đối tượng đơn giản là một đường dây phân phối, cũng phải cần dùng tới mười phần tử rơle, kèm theo một sơ đồ nối dây phức tạp chiếm một tủ thiết bị. Chi phí cao mà độ tin cậy, chính xác, tốc độ và các chức năng bảo vệ thì khiêm tốn.

b) Rơle điện tử hóa(rơle tĩnh)

Từ khoảng những năm 70 đến 90 các rơle cơ- điện được cải tiến theo hướng điện tử hóa. Chủ yếu người ta tìm cách thay các cơ cấu đo, cơ cấu so ngưỡng bằng các mạch điện tử và vi mạch bán dẫn.

Một số phép xử lí đơn giản như cộng, đạo hàm, tích phân, đếm, trễ,... cũng thực hiện bằng mạch điện tử.

Vi mạch điện tử đã khiến thiết bị bảo vệ tiến một bước khá dài, tiểu hóa thiết bị, nâng cao thêm độ chính xác và chất lượng các chức năng rơle.

Rơle tĩnh đã được dùng để phối hợp bảo vệ trong hệ thống điện từ khoảng những năm 1970, đầu tiên là sử dụng các đèn điện tử sau đó đến các Tranzitor silic với tốc độ tin cậy cao để tạo nên các cổng tín hiệu.

Rơle kĩ thuật analog (tín hiệu vào/ra là tín hiệu liên tục): Các loại rơle này sử dụng độc lập riêng lẻ các bộ phận có một số chức năng riêng tương tự rơle điện cơ với các chức năng thông thường, có thể sử dụng khối thay thế trực tiếp. Trong hình 6-17 là rơle quá dòng chạm đất được thiết kế để cải thiện tính năng của rơle điện cơ bằng sự phân chia phối hợp bảo vệ.

c) Rơle số hóa

Phải đến khoảng những năm 90 khi đưa kĩ thuật vi xử lí, vi điều khiển vào thì thiết bị rơle đã thực hiện một sự thay đổi tiến hóa toàn diện.

Vi xử lí, vi điều khiển là công cụ thực hiện được rất tốt các công việc như lọc các tín hiệu vào, việc đo nhanh nhiều biến (3 dòng, 3 áp, thời gian,...), việc tính toán nhanh những xử lí phức tạp nhất (số học, giải tích, đếm, phân tích phổ,...), so nhiều ngưỡng ,...Vì vậy các rơle số hóa có những ưu việt lớn :

c.1) Tốc độ đo, tính nhanh các véc tơ biến vào, với độ chính xác cao độ tin cậy cao.

c.2) Do những điều trên khiến một rơle có thể thực hiện được cùng một lúc tất cả những chức năng bảo vệ phức tạp khác nhau cho một đối tượng, thậm chí gồm cả những chức năng bảo vệ dự bị cũng như các chức năng bảo vệ phụ thêm nữa. Từ đó sinh ra một số đặc điểm mới khác với hai thế hệ rơle truyền thống cũ là :

+Rơle số được chế tạo theo hướng một rơle thực hiện tất cả những phép đo lường, phân tích tính toán tất cả những phép so sánh, tất cả các chức năng bảo vệ cần cho một thiết bị điện lực. Đó là những rơle đa chức năng tổng hợp thành bộ.

+Người ta phân loại các rơle thành bộ theo nhóm các đối tượng bảo vệ, số kiểu rơle được thu gọn lại trong một số nhóm sau :

* Các kiểu rơle bảo vệ máy phát điện.

* Các kiểu rơle bảo vệ đường dây siêu cao và cao áp.

* Các kiểu rơle bảo vệ đường dây phân phối trung áp.

* Các kiểu rơle bảo vệ biến áp.

* Các kiểu rơle bảo vệ thanh cái.

* Các kiểu rơle bảo vệ mô tơ điện đồng bộ, không đồng bộ.

* Rơle sa thải theo tần số,...

+Mỗi rơle số lại có khả năng ghi lại số liệu vận hành, số liệu các sự cố cả những số liệu về tác động bảo vệ "CẮT", "ĐÓNG LẠI",... giúp sử dụng vào nhiều việc phân tích, thống kê liên quan.

Mỗi rơle số lại biết tự động báo các sự kiện, sự cố cho người trực và cho một máy tổng hợp ghi nhận, máy này lại tự động báo cáo với hệ SCADA của trạm.

c.3) Về kết cấu thì rơle số có thể tích thu gọn rất nhiều; một tủ rơle cũ được thay bằng một rơle số hóa. Một tủ rơle số hóa của trạm điện thường chứa xếp chồng hai rơle cao áp lớn, hoặc tám rơle bảo vệ trung áp.

Kết quả là phòng điều khiển trung tâm thu gọn lại tất cả chỉ còn 1  2 tủ rơle, 1  2 tủ thu thập thông tin cho SCADA và 1  2 màn hình SCADA.

c.4) Việc đấu nối dây cho một rơle số chỉ còn lại sáu dây dòng, sáu dây áp, hai dây nguồn và vài cặp dây đi "ĐÓNG", "CẮT". Tất cả đấu vào các cọc ở phía sau của rơle, so với các tủ cũ thi đơn giản hơn nhiều.

c.5) Việc chỉnh đặt, kiểm tra, thử nghiệm đều thực hiện bằng truyền tin giữa rơle và máy tính, rất là giản tiện, đặc biệt nhanh chóng và chính xác.

c.6) Giá thành của rơle số hóa rẻ hơn rơle truyền thống, nói chung chỉ bằng nửa.

Ví du:̣ một tủ rơle truyền thống bảo vệ một đường dây phân phối thì khoảng giá 3000  4000 USD. Trong khi đó một rơle số bảo vệ đường dây phân phối giá chỉ khoảng 1500  2000 USD. Rơle kĩ thuật số (digital): đặc điểm của loại này là trong một mô đun có thể có thể phối hợp nhiều chức năng phức tạp mà các yếu tố đo lường liên quan bằng các mức logic phối hợp được xử lí bởi các mạch số trong bộ vi xử lí, đầu ra là chung cho tín hiệu đóng cắt và tín hiệu báo như hình 6-20.

c.7) Thời gian tác động: thời gian tác động ảnh hưởng nhiều đến sự ổn định của hệ thống. Nếu sự cố được giải quyết càng nhanh thì khả năng duy trì sự ổn định của hệ thống càng cao. Trong rơle tĩnh không có các phần tử quán tính cơ trong chuyển động nên thời gian tác động rất nhanh, thường Ttđ = 0,6ms. Giới hạn tối đa của tốc độ đáp ứng trong thực tế tùy thuộc chế độ quá độ của máy biến dòng hay các phần tử khác.

c.8) Tính chọn lọc: việc xử lí tốt nhất đối với các tình trạng sự cố có nghĩa là chỉ ngừng cung cấp điện cho một số lượng tối thiểu các phụ tải tiêu thụ được bảo vệ, phải đảm bảo sàng lọc chỉ ngắt ra khỏi mạch những thiết bị bị sự cố, còn các thiết bị khác phải vẫn tiếp tục làm việc. Trong trường hợp bảo vệ phức tạp như bảo vệ khoảng cách việc chọn là do khối xử lí trung tâm xác định. Trường hợp bảo vệ đơn giản, việc tạo tính lựa chọn qua các phần tử cơ bản (như đưa thêm vào một mạch trì hoãn thời gian..) để có đặc tính tác động phù hợp trong trường hợp bảo vệ phức tạp. Nếu khi thời gian tác động không được ưu tiên hàng đầu thì có thể chấp nhận một thời gian trì hoãn nào đó để giải quyết sự cố theo điều kiện chọn lọc.

c.9) Tính tin cậy: đảm bảo chỉ tác động và luôn tác động khi cần thiết và chỉ khi cần thiết mà thôi(tức là đảm bảo không tác động sai hay tác động không đúng lúc với thiết bị được bảo vệ). Để đạt được tính đảm bảo làm việc của bảo vệ cần phải có hai điều kiện là:

+Bảo vệ phải được thiết kế đúng (theo quan điểm sơ đồ tính toán các giá trị điều chỉnh).

+Trang thiết bị phải có giá trị tin cậy cao.

Các điều kiện này rơle tĩnh hơn hẳn rơle điện cơ vì không có các chuyển động cơ học, không tạo ra tác động sai như rơle tiếp điểm. Tần số tác động và tuổi thọ của rơle tĩnh cũng hơn hẳn rơle điện cơ và thời gian trở về cũng nhanh hơn.

c.10) Độ nhạy: công suất tiêu thụ của rơle tĩnh (các mạch bán dẫn) vô cùng nhỏ so với các rơle điện cơ. Độ nhạy cũng rất cao hệ số trở về gần bằng 1( Ktv=Itv/Ikđbv »» size 12{»} {}1). Điều đó làm giảm dòng và tăng độ nhạy của rơle, ngoài ra kích thước bao bì của các loại rơle tĩnh chỉ bằng khoảng 1/3 đến 1/5 rơle điện cơ dẫn đến giảm kích thước bảng gắn và không gian điều khiển.

c.11) Tinh độc lập với các điều kiện vận hành : rơle cần phải tác động đúng khi xuất hiện sự cố ở thiết bị bảo vệ. Các giá trị khởi động cần phải được tính toán ở các chế độ làm việc cực đại và cực tiểu của trang thiết bị được bảo vệ. Trong rơle số hoặc bán dẫn tín hiệu điều khiển được lấy cách li với tín hiệu mạch động lực qua điốt phát quang (hay phtotranzitor), nhiễu lọc qua bộ lọc tần số cao nên không chịu ảnh hưởng của nhiễu cơ học và nhiễu tần số cao.

c.12) Ưu điểm trong phối hợp bảo vệ hệ thống: Trong rơle tĩnh nhất là rơle kĩ thuật số, việc sử dụng cáp quang qua môđun giao diện dữ liệu dẫn đến tốc độ truyền tín hiệu rất nhanh và độ tin cậy tốt không bị ảnh hưởng của dòng điện từ kĩ thuật truyền số. Do thời gian tác động rất chính xác cho nên có thể phối hợp nhiều bảo vệ để đạt độ chính xác cao nhất cho toàn hệ thống. Rơle kĩ thuật số với hiển thị số rất tiện lợi cho người vận hành.

Trong bảo vệ lưới điện hoặc một hệ thống thiết bị luôn đòi hỏi phải tiến hành điều khiển tự động tách thiết bị sự cố ra khỏi phạm vi của lưới hay hệ thống khi xuất hiện sự cố hay một chế độ làm việc không bình thường có nguy cơ gây hỏng thiết bị. Sự ngăn cách thiết bị bị sự cố với hệ thống cần phải thực hiện sao cho có thể ngăn ngừa được sự phát triển của sự cố hay nguy cơ hủy diệt thiết bị và thiết lập trở lại chế độ làm việc bình thường với phần hệ thống còn lại. Đảm bảo liên tục sự làm việc của hệ thống trong điều kiện tối đa có thể được. Để giải quyết sự cố trong những điều kiện tốt nhất thì sự bảo vệ bằng rơle tĩnh nói chung và rơle số nói riêng thỏa mãn được hàng loạt các chỉ tiêu kĩ thuật mà rơle điện cơ đã không đạt được.

Hiệu quả nói chung của rơle tĩnh hơn hẳn rơle điện cơ, tuy nhiên trong tính toán kinh tế khi thiết kế bảo vệ cần chọn các giải pháp tốt nhất để giảm nhỏ giá đầu tư thiết bị bảo vệ. Cần quan tâm các vấn đề như tiêu tốn cho bảo quản, bảo dưỡng và kiểm tra xem xét định kì, với rơle tĩnh công tác bảo dưỡng kiểm tra thông qua việc tháo lắp các môđun không cần làm sạch tiếp điểm như rơle điện cơ. Thay thế rơle tĩnh cũng được thực hiện đơn giản khi sự cố, loại được các sai sót như nối cáp ở rơle điện cơ. Tuy nhiên việc thay thế sửa chữa rơle tĩnh cũng cần cán bộ kĩ thuật có chuyên môn cao hơn. Hiện nay trình độ cán bộ kĩ thuật ngày càng được nâng cao và giá bán rơle tĩnh không ngừng giảm, trong hệ thống điện và các mạng điện điều khiển rơle tĩnh đang thay chỗ dần cho rơle điện cơ.

Rơle tương tự

Rơle loại này có đặc trưng là các thông số vào/ra rơle như dòng, áp, góc lệch pha, công suất,... là các đại lượng liên tục (analog). Tín hiệu này được so sánh với một hay nhiều đại lượng đầu vào có giá trị chuẩn để cho tín hiệu đầu ra (rơle loại này gồm các loại rơle bán dẫn, rơle điện tử). Cấu trúc rơle loại này gồm các khối sau:

a) Khối tiếp thu

Khối này gồm hai phần chính là bộ đo lường và bộ so sánh, đại lượng đầu ra của bộ phận này gồm một trong hai giá trị chuẩn.

UrIAiaIBibIcicUrIAiaIBibIcica)b)Hình 6-12: Thực hiện lấy tín hiệu và chỉnh lưu trong khối tiếp thu + Bộ phận đo lường lấy tín hiệu từ các máy biến dòng để biến đổi thành đại lượng một chiều nhờ cầu chỉnh lưu. Có hai cách thực hiện chỉnh lưu như hình 6-12a,b.

+ Bộ so sánh có thể làm việc theo hai nguyên tắc chính là:

-So sánh hai đại lượng điện theo giá trị tuyệt đối (dùng cho các rơle bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so lệch, bảo vệ quá áp, bảo vệ kém áp,...)

-So sánh hai đại lượng điện theo giá trị góc pha (dùng cho rơle bảo vệ khoảng cách, rơle định hướng công suất,...).

a) b)Hình 6-13: Thực hiện so sánh theo giá trị tuyệt đối0tUU0UraUvào(+)UraCRUvàoU0

Bộ phận so sánh hai đại lượng điện theo giá trị tuyệt đối thường sử dụng mạch tích hợp (integrated circuit), ở đây ta chỉ xét một sơ đồ so sánh tiêu biểu dùng khuếch đại thuật toán như hình 6-13. Cổng không đảo của khuếch đại thuật toán được nối vào điện áp chuẩn Uo là điện áp cần so sánh với cổng đảo. Nếu điện áp vào thấp hơn Uo chuẩn thì sẽ cho ra tín hiệu ở đầu ra (ở mức cao). Việc sử dụng khâu R-C ở đầu vào là để thay đổi thời gian hoạt động bằng cách thay đổi trị số của R và C. Ở đây bộ phận này sẽ cho ra tín hiệu nếu biên độ tín hiệu điện áp đầu vào vượt quá biên độ điện áp đặt trước Uo (Uo cũng có thể điều chỉnh được).

Bộ phận so sánh hai đại lượng điện theo giá trị góc pha thường sử dụng bộ tách sóng phân cực (polanity detector) như hình 6-14.

IC1IC2IC3Hình 6-14: Thực hiện so sánh theo trị phaĐầu đảo của khuếch đại thuật toán được nối mát, tín hiệu sóng vào là tín hiệu hình sin tín hiệu ra được chuyển sang dạng xung vuông nhờ việc dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT).

Tín hiệu ra chỉ có hai mức tương ứng với tín hiệu vào (hiển nhiên là độc lập với biên độ tín hiệu vào). Việc so sánh góc pha có thể thực hiện bằng hai bộ tách sóng phân cực và so sánh pha để cho ra tín hiệu xung vuông.

b) Khối thực hiện

Mục đích của khối này thực hiện những biến đổi đột ngột của mạch điện ngoài như khuếch đại tín hiệu để đưa đến cuộn cắt máy cắt. Ta xét sơ nguyên lí khối thực như hình 6-15.

Mạch thyristor thực hiện các yêu cầu và cung cấp cho các mạch đầu ra tín hiệu độc lập. Tín hiệu kích thích được cho tranzitor nhờ điốt phát quang, sự trì hoãn tín hiệu được cung cấp bởi thyristor TH1, điốt zerne Uz và điện trở R1. Điốt Uz không thể điều khiển kích thích cho thyristor TH2 được cho đến khi điện áp trên R1 vượt quá điện áp trên Rz lúc này mới có tín hiệu đến kích thích thyristor TH2 làm thyristor này dẫn và cho tín hiệu đến cuộn tác động cắt máy cắt ra.

c) Khối trì hoãn

Một mạch khác được sử dụng trong trong rơle tĩnh là mạch tich phân, sử dụng khâu chính là một khâu khuếch đại thuật toán (KĐTT) như hình 6-16.

Hình 6-15: Cấu trúc một khối thực hiệnTrên sơ đồ hình 6-16 dòng vào có giá trị i = E1R1E1R1 size 12{ { {E rSub { size 8{1} } } over {R rSub { size 8{1} } } } } {} nạp cho tụ C thông qua mạch phản hồi. Cổng không đảo của KĐTT này nối mát, điện áp trên tụ là:

Uc=1Cicdt=1CE1R1dtUc=1Cicdt=1CE1R1dt size 12{U rSub { size 8{c} } = { {1} over {C} } Int {i rSub { size 8{c} } ital "dt"= { {1} over {C} } Int { { {E rSub { size 8{1} } } over {R rSub { size 8{1} } } } } ital "dt"} } {}ta có điện áp trên tụ là:

U c = 1 R 1 C E 1 dt U c = 1 R 1 C E 1 dt size 12{U rSub { size 8{c} } = { {1} over {R rSub { size 8{1} } C} } Int {E rSub { size 8{1} } ital "dt"} } {}

Điện áp đầu ra E0=Uc=1R1CE1dtE0=Uc=1R1CE1dt size 12{E rSub { size 8{0} } = - U rSub { size 8{c} } = { { - 1} over {R rSub { size 8{1} } C} } Int {E rSub { size 8{1} } ital "dt"} } {}. Ta thấy điện áp ra E0 tỉ lệ với tích phân điện áp vào E1.

Mạch này được sử dụng liên tục như mạch trì hoãn thời gian. Tốc độ thay đổi của điện áp đầu ra tỉ lệ với biên độ của điện áp vào.

E0CRE1Ic-+Hình 6-16: Mạch tích phân dùng để trì hoãnd) Khối chỉnh định

Với rơle tĩnh cho phép việc chỉnh định các bộ phận trong rơle để phối hợp bảo vệ, thông thường có hai cách:

+ Chỉnh định các thông số đầu vào để phù hợp với rơle.

+Chỉnh định các thông số chuẩn trong khối so sánh để xác định ngưỡng tác động của rơle. Điện áp ngưỡng của khối so sánh cũng có thể chỉnh định bằng hai cách là:

- Chỉnh định U0 bằng biến trở trước khi đưa vào bộ phận so sánh để có giá trị phù hợp.

- Chỉnh định ngay ở phía đầu vào bằng việc thay đổi trị số của biến trở hay điện dung của khâu R-C. Qúa trình nạp cho tụ C khi điện áp đầu vào thay đổi có dạng như hình 6-13b. Như vậy bộ so sánh thực hiện cho tín hiệu ra khi điện áp trên cổng không đảo (đầu vào) vượt quá điện áp U0. Tùy trị số R và C độ dốc của đặc tính đó sẽ nhiều hay ít, ta có ngưỡng tác động khác nhau, đồng thời mạch R-C cũng có ngưỡng tác động khác nhau. Sơ đồ nguyên lí của một rơle dòng cực đại bằng kĩ thuật tương tự như hình 6-17.

Chú ý: ngày nay rơle kĩ thuật tương tự hầu như không còn sử dụng linh kiện đèn điện tử mà hầu hết thay bằng linh kiện bán dẫn nên ở đây không đề cập linh kiện điện tử.

Filtrer+LeverDetector 2IAi0IBiAICiBMaximumCurrentGate andRecchfierFilterCurve ShaperLeverDetector 1RL2RL2LeverDetector 3SetingTimerRegulator

Hình 6-17: Sơ đồ khối một loại rơle tương tự của hãng ABB

Rơle kĩ thuật số

Đặc điểm: các tín hiệu xử lí bên trong của rơle kĩ thuật số ở dạng số (dạng nhị phân 0,1) mà nó có thể thực hiện nhiều chức năng tuần tự. Tín hiệu đầu vào được chuyển sang tín hiệu số để điều khiển tín hiệu ra.

a) Chức năng và cấu trúc tổng quan rơle số

Một rơle số có những loại nhiệm vụ chức năng sau :

a.1) Chức năng đo lường : là chức năng đầu tiên và quan trọng nhất, nhằm đo, lọc, tính ra những thông số mạch điện mà rơle phải canh. Các lượng vào đầu tiên nói chung là :

- Dòng ba pha, dòng trung tính.

- Áp ba pha, áp thứ tự zêrô.

Số lượng vào cụ thể lại tùy yêu cầu của rơle. Những lượng này khi không có sự cố thường là hình sin và cân bằng, dòng trung tính, áp thứ tự zêrô bằng không. Nhưng khi sự cố sẽ có một biến động mạnh của thành phần tần số công nghiệp, thường kèm theo mất đối xứng khiến sinh ra các thành phần thứ tự nghịch và zêrô. Một nét đặc biệt quan trọng khác nữa là kèm theo đó thường sinh ra những thành phần quá độ tự do lớn, không chu kì, khiến dòng áp quá độ cố mất dạng hình sin.

Do đó những dòng áp đo vào cần được :

- Biến nhỏ lại bằng những BU và BI đặc biệt (BI không bão hòa, dải đo rộng).

- Lọc thông thấp ra thành phần tần số công nghiệp gồm lọc cứng, khi cần kết hợp lọc bằng phần mềm.

- Chuẩn hóa đến mức điện áp thích hợp, qui định cỡ 2V ứng với Uđịnh mức và ứng với 10.Iđịnh mức.

Những việc trên thực hiện chủ yếu bằng phần cứng.

a.2) Chức năng lấp mẫu, tính toán canh sự cố, khởi động các rơle chủ yếu gồm các việc sau :

* Lấp mẫu dòng, áp, tần số, đếm pha đưa vào bộ đệm mẫu.

* lọc số tiếp nếu cần.

* Tính toán phân tích ra các số liệu cần như :

- Dòng, áp hiệu dụng (hoặc số gia i, u).

- Các thành phần thứ tự pha dòng áp.

- Góc lệch pha.

* Tính các biểu thức đặc trưng sự cố, so ngưỡng để phát hiện sự cố.

a.3) Các thành phần bảo vệ rơle và ghi chép sự cố :

Khi xảy ra sự cố thì modul canh sẽ khởi động chạy chức năng bảo vệ rơle để xử lí ứng với sự cố ấy. Một rơle số có nhiều chức năng rơle khác nhau do các CPU thực hiện. Một modul chương trình bảo vệ rơle tương ứng sẽ bắt đầu tiếp nhận lấy những số liệu đang tiếp tục diễn biến, để tính định lượng cụ thể các thông số của sự cố ấy và tính ra thời gian trễ cần cho việc "CẮT" sự cố. Đồng thời một modul cũng ghi chép lại diễn biến của sự cố để có thể lấy ra dùng sau này.

a.4) Chức năng "CẮT" sự cố.

a.5) Chức năng "ĐÓNG LẠI" (nếu có).

SamplingLine energizdUndervoltagedistance relaypickc upPower swingblockingTripping logicClosing logicNormal operation programPhase distatacerelay picks up Faul detector startsearth distancerelay picks up NNNYYYYSample interruptReturn to main programHình 6-18Biểu đồ chức năng bảo vệ của CPU1 trong LFP 931 của hãng NARI(Trung Quốc).

a.6) Chức năng tự kiểm tra thiết bị, như kiểm tra BU, BI đứt, chập, kiểm tra điện áp để "ĐÓNG", "CẮT" đủ không và nhất là kiểm tra các vi xử lí có chạy tốt không. Để có những xử lí báo tín hiệu hay báo động cần thiết. Hình 6-18 vẽ một phần lưu đồ xử lí của rơle bảo vệ nhanh đường dây cao áp LFP.931 của hãng NARI Trung Quốc.

b) Phần mềm của rơle số

Kết cấu phần cứng và phần mềm của các kiểu rơle số của các hãng khác nhau thường có những nét đặt biệt riêng, không giống nhau. Các hãng đó đều không cho thông báo gì rõ về phần cứng, phần mềm của họ. Ở đây sẽ chỉ nêu trên những nét chung về phần mềm của rơle số.

b.1) Phần mềm của rơle số ở Runtime sau khi KHỞI ĐẦU thường gồm một số bộ phận

Trở về RTIĐồng hồ lấy mẫu gọiDo modul CANH sự cố khởi độngModul lấy mẫu 12,16,24lần chu kì trở về của RTI khởi độngModulCANHsự cốKhởi độngcác rơle bảo vệTính và lưusố liệusự cốModul các bảo vệ rơle -Kiểm tra cờ tính sự cố của bảo vệ.-Dựng /xóa các cờ sự cố-Ghi các thời gian CẮTModul CẮT -Kiểm tra các cờ CẮT.-Đếm ngược các thời gian CẮT.-Ra lệnh CẮTModul ĐÓNG LẠI -Kiểm tra settings.-Đếm ngược các thời gian Reclose.-Ra lệnh ĐÓNGĐồng hồ 20ms gọiĐồng hồ 20ms gọiCó sự cố ?NYHình 6-19Lưu đồ khái quát "RUNTIME" của rơle số

a) Bộ phận thường kì chạy liên tục theo những chu kì

* Modul "LẤY MẪU" các dòng, áp, trạng thái cất vào byffer các mẫu. Tần số lấy mẫu 12, 16 hoặc 24 lần/chu kì điện.

*Modul "CANH" sự cố, nó tính liên tục những thông số đặc trưng sự cố hay dùng các biên độ dòng và canh, khi chúng vượt những ngưỡng thì phát hiện ra sự cố và khởi động những modul bảo vệ làm việc. Khởi động modul "LƯU GIỮ" các số liệu của sự cố (dòng, áp, các lệnh đóng/cắt,...). Chu kì canh giữ thường 10ms hay 20ms.

  1. Các modul "BẢO VỆ RƠLE" do modul "CANH" khởi động

Gồm một số modul bảo vệ chính và một số modul bảo vệ hậu bị. Ví dụ bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng định thời gian, bảo vệ quá dòng thời gian, bảo vệ phương hướng góc pha, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ thấp tần,... Thật ra chỉ khởi động những bảo vệ đã được người dùng chọn. Các modul này có thể được thiết kế theo kiểu chạy lần lượt, theo một thứ tự đã định. Chúng lần lượt tính chi tiết những thông số liên quan đến nhiệm vụ bảo vệ của mình. Ví dụ modul bảo vệ quá dòng thời gian sẽ tính xem :

- Quá dòng các pha nào, giá trị bao nhiêu.

- Thời gian cắt theo tiêu chuẩn thời gian ngược nào, tính ra là bao nhiêu ms bao nhiêu chu kì 20ms.

Sau đó từng modul dựng cờ sự cố của mình và ghi vào ô nhớ thời gian của mình để modul "TRIP" thực hiện.

  1. Modul "TRIP" cũng được modul "CANH" khởi động bắt đầu chạy

Nó kiểm tra các cờ sự cố và các ô ghi thời gian cắt để đếm ngược cho đến hết thời gian cắt nào trước thì ra lệnh "CẮT". Sau đó nó xem có đặt chế độ "ĐÓNG LẠI" RECLOSE (sau cắt quá dòng) thì khởi động cho modul "RECLOSE" hoạt động.

  1. Modul đóng lại "RECLOSE" được khởi động

Nó sẽ kiểm tra chế độ Reclose (mấy lần, thời gian giãn cách bao nhiêu) và đếm lùi căn thời gian ra lệnh các lần "ĐÓNG LẠI".

Việc "ĐÓNG LẠI" cũng như lệnh "ĐÓNG CẮT" còn thêm option định rằng phải kiểm tra đồng bộ hay không. Lưu đồ thay thế như hình 6-19.

c) Phần mềm khác

Bên cạnh Runtime còn có bộ phận giao tiếp sau :

c.1) Modul "BÁO CÁO"

Nó báo cáo các thông tin về sự cố xảy ra (như thời gian, kiểu sự cố, cường độ sự cố, thời điểm ra lệnh cắt, thời điể́m cắt xong) gởi lên máy "QUẢN LÍ RƠLE" (nếu trong hệ có đặt máy này) để "QUẢN LÍ RƠLE" báo cáo sang cho hệ SCADA.

c.2) Modul này cũng báo cáo về lịch sử các sự cố cho một máy tính nối thông tin với nó qua một cổng PORT RS - 232.

c.3) Một modul "LẬP TRÌNH CHẾ ĐỘ"

Cũng giao tiếp với máy máy tính qua "PORT" đó để đối thoại giúp người thiết kế khai báo cấu hình bảo vệ cho rơle, như dùng chức năng bảo vệ nào, các số đặt settings bao nhiêu. Modul này sẽ ghi giữ lại các số đặt ấy trong bộ nhớ, để các modul Runtime sẽ tra đọc mà làm việc.

d) Cấu trúc chung của rơle số

Từ các chức năng trên thấy rơle số có một số chức năng thực hiện bằng những phần cứng gần tương tự nhau :

- Mạch BI, BU đo vào chuẩn hóa (những lượng dòng, áp vào).

- Mạch lọc cứng; Mạch lấy mẫu (lấy mẫu những lượng gì, tần số lấy mẫu).

- Mạch vi xử lí (mấy CPU, kiểu gì); Mạch "CẮT".

- Mạch giao tiếp với người, mạch thông tin; Các đèn báo.

InputInterposingCurrent setting switchA to DCurrent select swichesHighSwitchsetting TMSSwitchsetting MicrocomputerOutput DriversH.S output relayTime currentoutput relayH.STime0.2/0.1 0.4/0 0.5/00.2/0 0.4/0 0.4/00.2/00.1/00.05/00.05/0.0250/016/05/02/01/0Tín hiệu sau khí lấy qua biến dòng có trị số thích hợp được đưa vào chỉnh lưu tạo ra dòng điện một chiều. Tuy nhiên các mạch điện tử chỉ làm việc với một dòng điện định mức giới hạn nhỏ nhất định nào đó. Để đưa dòng điện thích hợp vào CPU, ta phải lựa chọn dòng điện đầu vào nhờ công tắc lựa chọn để có tín hiệu vào trong dải cho phép. Cấu trúc chung của một rơle số gồm các khối sau:

Hình 6-20: Sơ đồ khối một rơle số của hãng ABBd.1) Bộ biến đổi A/D: trong CPU có khối A/D làm nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ tương tự(liên tục) sang tín hiệu số. Bộ phận này có hai chức năng là lượng tử hóa tín hiệu liên tục cho ra tín hiệu rời rạc sau đó mã hóa tín hiệu rời rạc này. Việc mã hóa là gán những mã nhị phân cho từng tín hiệu rời rạc trong quá trình lượng tử hóa.

d.2) Sau khi lấy tín hiệu từ bộ chuyển đổi đầu vào A/D: ở dạng số bộ vi xử lí (CPU) sẽ phân tích đánh giá và cho tín hiệu đầu ra. Bộ CPU có nhiều khối nhỏ hợp thành việc chỉnh định các thông số tác động nhờ các công tắc lập trình cho các giá trị đặt. Các công tắc là một trong số chuỗi nhị phân của của giá trị lập trình đó, nó có thể ở mức 0 hay mức 1. Khi chỉnh định các thông số các giá trị này có thể hiển thị trên màn hình tương ứng các giá trị của các công tắc lập trình đó.

Ngoài ra, thời gian tác động cũng được đưa vào các công tắc lập trình, tùy theo nhu cầu phối hợp bảo vệ mà ta chọn số nào trong chuỗi công tắc lập trình đó.

d.3) Khối điều khiển đầu ra: thực hiện việc chuyển mạch đưa tín hiệu vào các rơle đầu ra, mỗi rơle đầu ra có thể cho tín hiệu đến máy cắt hay đèn tín hiệu khi có sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ.

d.4) Rơle đầu ra (khối thực hiện): cũng tương tự ở rơle tương tự tín hiệu cắt nhờ tầng khuếch đại công suất đưa đến cuộn cắt máy cắt. Trong rơle so lệch trị số các vòng dây của biến dòng và giá trị điện trở thường được chọn để hằng số thời gian của mạch thứ cấp kể cả mạch từ hóa rất bé (khoảng 0,06 chu kì tần số trong công nghiệp). Giá trị tối ưu này được hiệu chỉnh sao cho khi đóng không tải thành phần ngắn mạch trong vùng bảo vệ được hấp thụ hoàn toàn bởi mạch từ hóa của máy biến áp trong khoảng 0,18 chu kì tần số công nghiệp. Do vậy rơle không bị chậm pha khi có dòng ngắn mạch hình sin với thành phần không chu kì. Hình 6-20 và 6-21 vẽ sơ đồ sơ lược của rơle số của hãng ABB và hãng NARI: Chức năng từng bộ phận mạch của rơle được các sơ đồ thể hiện một cách sơ lược.

e) Bộ phận chức năng giao tiếp với người

e.1) Các rơle số có những bộ phận để giao tiếp với người thuận tiện (thường có tổ chức):

* Một PORT truyền tin RS - 232 hoặc RS - 485 để truyền tin đối thoại với người lập trình hoặc trực ban qua màn hình hay bàn phím máy tính.

* Một panel bảng chữ LCD và bộ phím sử dụng để đối thoại với người lập trình hoặc trực ban.

e.2) Mục đích các việc truyền tin chủ yếu

e.2.1) Chỉnh đặt cho các chức năng bảo vệ rơle :Dùng/ không dùng chức năng bảo vệ nào; Đặt các giá trị mức ngưỡng, thời gian trễ, số lần bao nhiêu ,...

e.2.2) Khai báo cấu hình mạch vào gồm: hệ số BI, BU; khai báo cách đấu dây của chúng.

e.2.3) Khai báo về cấu hình các mạch đóng, cắt.

e.2.4) Đọc ra và sửa các thông số đã được chỉnh đặt, đã khai báo.

ALFVFCtesterBanary input I0i0IAiAIBiBICiCUAUBUCUNOptocouplerOutputrelayprotectionCPU2ManagementCPU1QJSerial portGeneralsartterSerial portPrinter

Hình 6-21: Kết cấu rơle số LFP-902 (bảo vệ đường dây siêu cao).

Collection Navigation

Content actions

Download:

Collection as:

EPUB (?)

What is an EPUB file?

EPUB is an electronic book format that can be read on a variety of mobile devices.

Downloading to a reading device

For detailed instructions on how to download this content's EPUB to your specific device, click the "(?)" link.

| More downloads ...

Module as:

PDF | EPUB (?)

What is an EPUB file?

EPUB is an electronic book format that can be read on a variety of mobile devices.

Downloading to a reading device

For detailed instructions on how to download this content's EPUB to your specific device, click the "(?)" link.

| More downloads ...

Add:

Collection to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks

Module to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks