TÀI LIỆU CƠ BẢN VỀ RƠLE BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN

RƠLE BẢO VỆ HTĐ:

TÀI LIỆU CƠ BẢN VỀ RƠLE BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN

1. Công dụng và các yêu cầu của rơle:

a- Công dụng:

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc bất thường của các phần tử. Các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm thấp. Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hỏng. Khi điện áp giảm thấp, các hộ tiêu thụ không thể làm việc bình thường và tính ổn định của các máy phát làm việc song song và của toàn hệ thống bị giảm. Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép. Nếu để kéo dài tình trạng này, có thể xuất hiện sự cố. Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xuất hiện sự cố, cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó ra khỏi phần tử bị hư hỏng, nhờ vậy phần còn lại duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hại của phần tử bị sự cố.
Chỉ có thiết bị tự động bảo vệ mới có thể thực hiện tốt được yêu cầu trên, thiết bị này gọi là bảo vệ rơle.

Bảo vệ rơle sẽ theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố, bảo vệ rơle phát hiện và cắt phần tử hư hỏng nhờ máy cắt điện. Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, bảo vệ rơle sẽ phát tín hiệu và tùy thuộc yêu cầu, có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên trực.

b - Các yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle:

* Tính chọn lọc:

Tính chọn lọc là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ chỉ cắt các phần tử đó.

Ví dụ trong sơ đồ bảo vệ như hình 1, khi ngắn mạch tại điểm N1, máy cắt MC3 là máy cắt gần chỗ sự cố nhất phải cắt. Nhờ vậy các phụ tải khác vẫn được cung cấp điện. Khi ngắn mạch tại điểm N2, đường dây sự cố A2-B2 được cắt ra nhờ các máy cắt MC1 và MC2, còn đường dây A1-B1 vẫn làm việc, vì vậy toàn bộ các hộ tiêu thụ vẫn được cung cấp điện.

Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục. Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng.

* Tác động nhanh:

Bảo vệ phải tác động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm:

+ Đảm bảo tính ổn định của hệ thống.

+ Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp (khi ngắn mạch) lên các phụ tải.

+ Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị. Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1 giây.

* Độ nhạy:

Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian. Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu, tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch có giá trị nhỏ. Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy:

. I_Nmin : dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất.

. I_kđ: giá trị dòng điện nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động.

Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ bảo vệ thiếu điện áp), hệ số nhạy được xác định ngược lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu.

* Độ tin cậy:

Bảo vệ phải tác động chắc chắn khi xảy ra sự cố trong vùng được giao và không được tác động sai đối với các trường hợp mà nó không có nhiệm vụ tác động.

Một bảo vệ không tác động hoặc tác động sai có thể sẽ dẫn đến hậu quả là một số lớn phụ tải bị mất điện hoặc sự cố lan rộíng trong hệ thống.

 

2. Các chỉ danh của rơle đang sử dụng.

- 21: rơle khoảng cách.

- 25: rơle đồng bộ.

- 26: rơle nhiệt độ.

- 27: rơle thiếu áp.

- 32: rơle công suất ngược.

- 33: rơle mức dầu.

- 50, 51: rơle quá dòng tức thì, định thì.

- 55: rơle hệ số công suất.

- 59: rơle quá áp.

- 62: rơle thời gian.

- 63: rơle áp suất.

- 64: rơle chạm đất.

- 67: rơle quá dòng có hướng.

- 79: rơle tự đóng lại.

- 81: rơle tần số.

- 85: rơle so lệch cao tần.

- 86: rơle khóa.

- 87L: rơle so lệch dọc.

- 96: rơle hơi.

Tùy theo phạm vi, mức độ và đối tượng được bảo vệ, chỉ danh rơle có thể có phần mở rộng. Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng:

- 26W: rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp; 26O: rơle nhiệt độ dầu.

- 51P, 51S rơle quá dòng điện phía sơ cấp, thứ cấp máy biến áp.

- 50REF: rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (thường dùng cho máy biến áp).

- 67N: rơle quá dòng chạm đất có hướng.

- 87T: rơle so lệch dọc điện bảo vệ máy biến áp, 87B: rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái.

- 96-1: rơle hơi cấp 1 dùng báo tín hiệu; 96-2: rơle hơi cấp 2 tác động cắt máy cắt.

 

3. Thế nào là bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng ?

Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy ra trong phạm vị giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ.

Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ. Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trước tiên (khi bảo vệ này tác động đúng).

Bảo vệ dự phòng có thể được đảm bảo theo các cách sau:

- Bảo vệ của phần tử bên cạnh (trường hợp này được mang tên là bảo vệ dự phòng xa).

- Bảo vệ phụ đặt trên cùng phần tử (trường hợp này được mang tên là bảo vệ dự phòng tại chỗ).

- Một rơle phụ đưa vào trong sơ đồ bảo vệ cho phần tử bên cạnh, rơle này sẽ điều khiển mở máy cắt được quan tâm.

Có một số trường hợp bảo vệ chính không đảm bảo được toàn bộ chiều dài của mạch cần được bảo vệ mà sẽ có một số đoạn được gọi là vùng chết của bảo vệ chính. Nếu xuất hiện sự cố tại vùng chết này, bảo vệ chính sẽ không tác động. Để có thể bảo vệ tại vùng này, thường phải đặt bảo vệ dự phòng.

 

4. Liệt kê các rơle bảo vệ máy biến áp ?

a- Các rơle tác động theo dòng điện:

- Rơle bảo vệ quá dòng điện phía sơ cấp: 50/51P pha, chạm đất.

- Rơle bảo vệ quá dòng điện phía thứ cấp: 50/51S pha, chạm đất.

- Rơle bảo vệ so lệch dọc dòng điện: 87T.

- Rơle bảo vệ quá dòng điện các dây trung tính: 50/51G.

- Rơle bảo vệ chạm đất các cuộn dây: 50REF.

 

b- Các rơle không tác động theo dòng điện:

- Rơle hơi: 96-1, 96-2.

- Rơle nhiệt độ dầu: 26O.

- Rơle nhiệt độ cuộn dây: 26W.

- Rơle mức dầu thân máy: 33.

- Rơle áp suất thân máy, bộ đổi nấc dưới tải: 63.

 

5. Liệt kê các rơle bảo vệ thanh cái ?

- Rơle so lệch dọc dòng điện: 87B.

- Rơle thiếu áp: 27.

- Rơle quá áp: 59.

- Rơle chống chạm đất: 64.

 

6. Liệt kê các rơle bảo vệ đường dây ?

- Rơle quá dòng tức thì, định thì: 50/51L pha, chạm đất.

- Rơle so lệch pha cao tần: 85.

- Rơle quá dòng có hướng (pha, chạm đất): 67, 67N.

- Rơle khoảng cách: 21, 44.

 

7. Cấu tạo rơle hơi ?

Rơle hơi được áp dụng cho các máy biến áp có công suất trung bình và lớn với kiểu máy có thùng giãn nở dầu. Rơle hơi được lắp trên đoạn ống liên thông dầu từ thùng chính máy biến áp đến thùng giãn nở dầu của máy theo một chiều nhất định của đầu mũi tên trên rơle hơi phải chỉ về phía thùng giãn nở (cùng với chiều dòng chảy của dầu từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở dầu khi có sự cố trong máy biến áp). Đọan ống liên thông dầu có độ nâng cao về phía thùng giãn nở với góc nghiêng (so với mặt phẳng ngang) khoảng 1Ô 100. Đoạn ống liên thông không được có góc, phần cong của ống có bán kính càng lớn càng tốt.

Rơle hơi hai phao có cấu tạo gồm :

- Một phao trên (phao 1) có hình cầu rỗng, nhẹ có thể tự nâng hạ theo mức dầu, trong phao có chứa một tiếp điểm thủy ngân được nối ra hộp nối dây tại mặt trên rơle. Khi sự cố nhẹ hoặc quá tải, hơi sinh ra tập trung ở phía trên, đẩy phao 1 về vị trí nằm ngang làm đóng tiếp điểm thủy ngân. Tiếp điểm này được nối vào mạch điện báo hiệu sự cố của máy biến áp (96-1).

- Một phao dưới (phao 2) có cấu tạo tượng tự như phao 1 và được liên kết với một cánh chặn. Cánh chặn là một tấm kim loại mỏng được treo tại vị trí phía lỗ mặt bích của rơle hơi phía nối vào thùng chính máy biến áp. Do được treo để bề mặt tấm kim loại thẳng góc với hướng dòng chảy của dầu nên cánh chặn tác động theo lưu lượng của dòng chảy của dầu. Cánh chặn có thể điều chỉnh theo ba trị số lưu lượng dầu là 65, 100 và 150 cm/giây (rơle thường được nhà chế tạo đặt sẵn trị số 100cm/giây). Khi máy biến áp vận hành bình thường, dầu chuyển động do giãn nở theo nhiệt độ không đủ để tác động cánh chặn. Khi có sự cố bên trong máy biến áp, luồng dầu và hơi sinh ra phụt mạnh từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở. Lưu lượng dầu lớn hơn trị số đã điều chỉnh sẵn sẽ đẩy cho cánh chặn quay, làm cho phao 2 chìm xuống, đóng tiếp điểm thủy ngân, cắt máy cắt (96-2).

Dựa vào thành phần và khối lượng hơi sinh ra người ta có thể xác định được tính chất và mức độ sự cố. Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh ra nhằm phục vụ cho việc phân tích sự cố.

 

8. Cấu tạo rơle nhiệt độ tại máy biến áp ?

a- Rơle nhiệt độ dầu : (hình 4)

Rơle nhiệt độ dầu gồm các tiếp điểm thường đóng, thường mở lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị nhiệt độ. Nhiệt kế gồm có cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt, một ống mao dẫn nối bộ phận cảm ứng nhiệt với cơ cấu chỉ thị. Bên trong ống mao dẫn là chất lỏng (dung dịch hữu cơ) được nén lại. Sự co giãn của chất lỏng (trong ống mao dẫn) thay đổi theo nhiệt độ mà bộ phận cảm biến nhiệt nhận được, sẽ tác động cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm. Các tiếp điểm sẽ đổi trạng thái "mở" thành "đóng", "đóng" thành "mở" khi nhiệt độ cao hơn trị số đặt trước. Bộ phận cảm biến nhiệt được lắp trong một lỗ trụ bọc kín, ở phía trên nắp máy biến áp, bao quanh lỗ trụ là dầu, để đo nhiệt độ lớp dầu trên cùng của máy biến áp. Thường dùng nhiệt kế có 2 (hoặc 4) vít điều chỉnh nhiệt độ để có thể đặt sẵn 2 (hoặc 4) trị số tác động cho 2 (hoặc 4) bộ tiếp điểm riêng rẽ lắp trong nhiệt kế. Khi nhiệt độ cao hơn trị số đặt cấp 1, rơle sẽ đóng tiếp điểm cấp 1 để báo hiệu sự cố "Nhiệt độ dầu cao" của máy biến áp. Khi nhiệt độ tiếp tục cao hơn trị số đặt cấp 2, rơle sẽ đóng thêm tiếp điểm cấp 2 để tự động cắt máy cắt, cắt điện máy biến áp, đồng thời cũng có mạch điện báo hiệu sự cố "cắt do nhiệt độ dầu cao".

        b-Rơle nhiệt độ cuộn dây: (hình 5)

Rơle nhiệt độ cuộn dây gồm bốn bộ tiếp điểm (mỗi bộ có một tiếp điểm thường mở, một tiếp điểm đóng với cực chung) lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị. Nhiệt kế gồm có: có cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt, một ống mao dẫn nối bộ phận cảm biến nhiệt với cơ cấu chỉ thị. Bên trong ống mao dẫn là chất lỏng được nén lại. Sự co giãn của chất lỏng trong ống mao dẫn thay đổi theo nhiệt độ mà bộ cảm biến nhận được, tác động cơ cấu chỉ thị và bốn bộ tiếp điểm. Tác động lên cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm, còn có một điện trở nung. Cuộn dây thứ cấp của một máy biến dòng điện đặt tại chân sứ máy biến áp được nối với điện trở nung. Nối song song với điện trở nung là một biến trở để hiệu chỉnh. Tác dụng của điện trở nung (tùy theo dòng điện qua cuộn dây máy biến áp) và tác dụng của bộ cảm biến nhiệt lên cơ cấu đo cùng các bộ tiếp điểm sẽ tương ứng với nhiệt độ điểm nóng: nhiệt độ của cuộn dây.

Có 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trị số tác động cho bốn bộ tiếp điểm. Tùy theo thiết kế, các tiếp điểm rơle nhiệt độ có thể được nối vào các mạch: báo hiệu sự cố "nhiệt độ cuộn dây cao", mạch tự động mở máy cắt để cô lập máy biến áp, mạch tự động khởi động và ngừng các quạt làm mát máy biến áp.

 

9. Cấu tạo rơle mức dầu tại máy biến áp?

Rơle mức dầu gồm hai bộ tiếp điểm lắp bên trong thiết bị chỉ thị mức dầu. Máy biến áp có bộ dổi nấc điện áp có tải thì thùng giãn nở dầu được chia làm hai ngăn. Ngăn có thể tích chiếm phần lớn thùng giãn nở, được nối ống liên dầu thông qua rơle hơi đến thùng chính máy biến áp (để có thể tích giãn nở dầu cho máy biến áp). Ngăn có thể tích chiếm phần nhỏ hơn nhiều của thùng giãn nở, sẽ được nối ống liên dầu đến thùng chứa bộ đổi nấc có tải. Thùng chính máy biến áp và thùng bộ đổi nấc được thiết kế riêng rẽ, không có liên thông dầu với nhau. Vì vậy, có hai thiết bị chỉ thị mức dầu lắp tại hai đầu thùng giãn nở để đo mức dầu của hai ngăn: thiết bị chỉ thị mức dầu máy biến áp và thiết bị chỉ thị mức dầu bộ đội nấc có tải.

Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu gồm hai phần : bộ phận điều khiển và bộ chỉ thị. Bộ phận điều khiển có một phao (3), thanh quay (8), trục quay (9), có lắp nam châm vĩnh cưủ (4). Bộ phận điều khiển lắp trên vỏ máy (đầu thùng giãn nở) có vòng đệm. Bộ phận chỉ thị gồm kim chỉ (6) lắp trên trục mang một nam châm vĩnh cửu (5). Bộ phận chỉ thị được làm bằng nhôm để tránh bị ảnh hưởng từ trường nam châm và chống ảnh hưởng của nước.

Khi mức dầu nâng hạ thì phao (3) nâng hạ theo. Chuyển động nâng hạ của phao được chuyển thành chuyển động quay của trục (9) nhờ thanh quay (8). Khi quay, từ trường do nam châm (4) sẽ điều khiển cho nam châm (5) quay sao cho hai cực khác tên (N và S) của hai nam châm đối diện nhau (hai cực cùng tên có lực đẩy, hai cực cùng tên có lực hút nhau). Do vậy kim chỉ thị quay theo nam châm (5), ghi được mức dầu trên mặt chỉ thị.

Bộ phận chỉ thị cũng tác động đóng mở các tiếp điểm rơle mức dầu để đưa tín hiệu vào mạch báo động hoặc mạch cắt tùy theo từng thiết kế.

 

10. Nguyên lý làm việc của rơle quá dòng tức thì (Bảo vệ quá dòng cắt nhanh - ngưỡng cao)?

Rơle quá dòng tức thì là rơle tác động khi dòng điện qua rơle vượt quá trị số định trước và tác động cắt máy cắt ngay lập tức, không có thời gian trì hoãn.
Về nguyên lý rơle quá dòng tức thì gồm phần tĩnh là cuộn dây có lõi sắt, phần động là tấm sắt non có mang tiếp điểm động. Khi dòng điện qua cuộn dây đủ lớn, tấm sắt non sẽ bị hút vào lõi sắt của phần tĩnh và kéo theo tiếp điểm động đóng vào tiếp điểm tĩnh.

Để điều chỉnh dòng điện tác động theo ý muốn, thông thường phần động được gắn với một lò xo với kết cấu có thể điều chỉnh được nhằm thay đổi lực tác động lên phần động, có nghĩa là thay đổi dòng điện tác động của rơle.

Một số trường hợp, để thay đổi dòng điện tác động trong phạm vị rộng, người ta thường chế tạo cuộn dây phần tĩnh có nhiều đoạn với nhiều đầu dây ra để chọn tầm đặt thích hợp.

 

11. Nguyên tắc chỉnh định rơle quá dòng tức thì ?

Chỉnh định rơle quá dòng tức thời là đặt trị số dòng điện khởi động của rơle.
Để đảm bảo tính chọn lọc, tránh tác động sai khi ngắn mạch ngoài vùng được bảo vệ, dòng điện khởi động được chọn theo quy tắc sau:

I_kđ = K_at . I_Nmax

Trong đó:

I_Nmax: dòng điện ngắn mạch cực đại ở cuối vùng bảo vệ.

K_at = 1,2 - 1,3 : hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán dòng ngắn mạch và sai số rơle.

I_kđ : dòng điện khởi động của rơle.

Vùng tác động được xác định bằng công thức:

X_CN% =

Trong đó:

X_CN - Vùng tác động của bảo vệ, tính bằng phần trăm của toàn bộ

đường dây được bảo vệ (%).

X_l : trở kháng của đường dây được bảo vệ (%).

X_H : trở kháng của hệ thống (%).

I_kđ : dòng khởi động của bảo vệ (%).

 

12. Nguyên lý làm việc của rơle quá dòng định thì (bảo vệ dòng điện cực đại)?

Rơle quá dòng định thì là rơle tác động khi dòng điện qua rơle vượt quá trị số định trước nhưng không tác động cắt máy cắt ngay lập tức mà có thời gian trì hoãn. Rơle quá dòng định thì có 2 loại cơ bản:

1-Rơle quá dòng định thì với đặc tuyến thời gian độc lập: bao gồm một rơle quá dòng tức thì và một rơle thời gian kết hợp lại. Khi phần tức thì tác động sẽ đóng tiếp điểm cấp nguồn cho rơle thời gian. Sau một thời gian định trước, rơle thời gian này sẽ đóng tiếp điểm và tác động cắt máy cắt hoặc báo tín hiệu. Nếu trong thời gian trì hoãn mà dòng điện qua phần tử tức thì giảm thấp (sự cố đã tự giải trừ), làm cho phần tử này không giữ tiếp điểm nữa thì rơle thời gian sẽ bị mất điện và không khép tiếp điểm để cắt máy cắt hay báo sự cố.

Thời gian tác động của rơle loại này không phụ thuộc vào trị số dòng điện sự cố đi qua rơle.

2- Rơle quá dòng định thì với đặc tuyến thời gian phụ thuộc: được chế tạo theo nguyên tắc cảm ứng. Dòng điện sự cố được đưa vào cuộn dây tạo từ thông xuyên qua một đĩa nhôm làm xuất hiện dòng điện xoáy trên đĩa và làm quay đĩa. Đĩa này mang tiếp điểm động đóng vào tiếp điểm tĩnh, đi cắt máy cắt. Thời gian quay của đĩa từ vị trí ban đầu đến khi đóng tiếp điểm chính là thời gian tác động của rơle. Để điều chỉnh thời gian này, người ta dùng lò xo xoắn lắp trên trục của đĩa và điều chỉnh độ xoắn để có phản lực thích hợp. Để điều chỉnh trị số dòng điện tác động, cuộn dây được chế tạo gồm nhiều đoạn khác nhau và đưa ra nhiều đầu dây để lựa chọn.

Loại rơle quá dòng định thì kiểu cảm ứng có ưu điểm là thời gian tác động càng ngắn khi dòng qua rơle càng lớn do đĩa quay càng nhanh, do đó loại trừ nhanh các sự cố nặng trong khi vẫn duy trì thời gian cần thiết đối với các biến động nhỏ.

 

13. Nguyên tắc chỉnh định rơle quá dòng định thì ?

Chỉnh định rơle quá dòng định thời là thiết đặt các giá trị sau:

1- Dòng điện khởi động của rơle I_kđ: được xác định từ dòng điện làm việc cực đại, thường là dòng phụ tải trong chế độ cực đại:

I_kđ > I_lvmax và phải thỏa: I_kđ = K_mm . K_at. K_sđ . I_lvmax / K_tv. K_BI

Trong đó:

. I_lvmax là dòng điện làm việc cực đại.

. K_mm = 2 ¸ 3 là hệ số mở máy phù thuộc vào động cơ điện.

. K_at = 1,2 ¸ 1,3 là hệ số an toàn khi kể đến việc tính toán sai số của rơle và máy biến dòng.

. K_sđ là hệ số của sơ đồ, phụ thuộc vào sơ đồ đấu nối rơle.

. K_tv là hệ số trở về của rơle.

. K_BI là hệ số biến đổi của máy biến dòng.

2- Thời gian tác động của bảo vệ:

Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian tác động của bảo vệ được chọn theo nguyên tắc bậc thang, độ chênh lệch giữa thời gian tác động của các bảo vệ kề nhau được gọi là bậc thời gian hay bậc chọn lọc:

D_t = t₁ - t₂

Giá trị của bậc thời gian D_t được chọn sao cho khi ngắn mạch thuộc phạm vi của bảo vệ sau, bảo vệ trước không kịp tác động mặc dù đã khởi động.

Độ nhạy của bảo vệ:

. K_nhậy = I_NMmin / I_kđ

Thông thường độ nhạy phải đạt trong khoảng 1,2 ¸ 1,5.

Trong đó:

. I_NMmin là dòng điện ngắn mạch bé nhất ở khu vực cuối của lưới được bảo vệ.

 

14. Nguyên lý làm việc của rơle kém áp ?

Rơle kém áp là rơle tác động khi điện áp đặt vào rơle thấp hơn giá trị định trước.

Về nguyên lý, rơle kém áp cấu tạo gồm cuộn dây có lõi thép tác động lên phần động mang tiếp điểm. Khi điện áp cuộn dây đủ lớn, phần động bị hút vào phần tĩnh và đóng tiếp điểm. Khi điện áp đặt vào cuộn dây hạ thấp dưới một mức định trước, cuộn dây không hút và tiếp điểm nhả ra. Đây là trạng thái tác động của rơle.
Như vậy, khác với các loại rơle quá ngưỡng, trạng thái bình thường của rơle kém áp là trạng thái luôn có điện áp. Trạng thái tác động là trạng thái điện áp giảm thấp hoặc không có điện.

Thông thường rơle kém áp được thiết kế với thời gian trì hoãn: Rơle thực tế gồm một phần tử kém áp kết hợp với một phần tử tạo thời gian. Khi điện áp đặt vào rơle giảm dưới ngưỡng định trước, phần tử kém áp sẽ tác động, cấp nguồn cho phần tử thời gian. Sau thời gian đặt trước, tiếp điểm thời gian sẽ đóng và đi cắt máy cắt hoặc báo tín hiệu.

Rơle kém áp có thể thiết kế để làm việc với điện áp xoay chiều hoặc một chiều.

15. Nguyên tắc chỉnh định rơle kém áp?

Chỉnh định rơle kém áp là thiết đặt các giá trị điện áp làm việc của rơle:
Điện áp làm việc của rơle là điện áp cực tiểu được xác định theo công thức sau:

U_kđ = U_lvmin / (K_tc . K_tv . K_U)

Trong đó: U_lvmin: điện áp làm việc cực tiểu ở chế độ bình thường.

K_tc: hệ số tin cậy.

K_U: hệ số của máy biến điện áp

K_tv: hệ số trở về của rơle.

Độ nhậy của bảo vệ:

K_nhậy = U_lv . K_U / U_NMmax

Trong đó: U_NMmax là trị số lớn nhất có thể có của điện áp dư ở vị trí đặt bảo vệ khi ngắn mạch ở khu vực cuối cùng được bảo vệ.

 

16. Nguyên lý làm việc của rơle so lệch dọc dòng điện?

Rơle so lệch dọc là rơle làm việc dựa trên sự so sánh trực tiếp dòng điện trên các nhánh của một đối tượng.

Theo định luật Kirchoff, tổng véctơ của tất cả các dòng điện đi vào và ra một đối tượng bảo vệ bằng không trong điều kiện làm việc bình thường.

Vùng bảo vệ của rơle so lệch dọc dòng điện là phạm vị giới hạn bởi các biến dòng đặt trên các nhánh của đối tượng được bảo vệ.

Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ, tổng dòng điện đi qua rơle sẽ khác không và rơle sẽ tác động. Khi sự cố bên ngoài vùng bảo vệ, tổng dòng điện qua rơle vẫn bằng không, rơle không tác động.

Rơle so lệch dọc dòng điện thường được dùng để bảo vệ cho các thiết bị như máy biến áp, máy phát, hệ thống thanh cái quan trọng... Rơle tác động cắt các máy cắt chỉ khi có sự cố ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ.

Rơle so lệch dọc dòng điện làm việc tức thì, không có thời gian trì hoãn.

 

17. Nguyên tắc chỉnh định rơle so lệch dọc dòng điện ?

Về nguyên tắc, rơle so lệch dọc dòng điện tác động khi có dòng điện sai lệch đi qua rơle I_R > 0. Tuy nhiên thực tế do sự không đồng nhất của các biến dòng, sự sai lệch tỉ số biến dòng,... nên khi làm việc bình thường dòng điện đi qua rơle vẫn có một trị số nhất định. Dòng điện này gọi là dòng không cân bằng I_kcb.

Trong trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, hoặc trong các tình trạng quá độ, dòng điện không cân bằng I_kcb có thể có giá trị lớn.

Để tránh bảo vệ tác động sai, dòng điện khởi động của bảo vệ phải chọn sao cho:

I_kđ =K_at . I_kcbttmax.

Trong đó:

- I_kđ: dòng điện khởi động của rơle.

- K_at >1: hệ số an toàn, nhằm tránh tác động sai do các sai số của rơle và mạch.

- I_kcbttmax: dòng điện không cân bằng tính toán cực đại.

 

18. Nguyên lý làm việc của rơle so lệch ngang dòng điện ?

Rơle so lệch ngang dòng điện là rơle tác động dựa trên sự so sánh trực tiếp dòng điện chạy trên các nhánh song song.

Bảo vệ được dùng cho đường dây có các nhánh vận hành song song hoặc máy phát với stator cuộn dây kép.

Vùng bảo vệ là hai nhánh song song của đường dây hoặc cuộn stator máy phát.

Vì điện trở của hai nhánh giống nhau nên khi làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng điện trên hai nhánh sẽ bằng nhau:

I₁=I₂

Do đó: I_R=0. Rơle không tác động.

Khi có ngắn mạch một trong hai nhánh, dòng điện trên các nhánh sẽ khác nhau: I₁ # I₂

Khi đó dòng điện qua rơle I_R # 0. Rơle tác động cắt máy cắt.

Rơle so lệch ngang dòng điện làm việc tức thì, không có thời gian trì hoãn.

 

19. Nguyên tắc chỉnh định rơle so lệch ngang dòng điện ?

Về nguyên tắc, rơle so lệch ngang dòng điện tác động khi có dòng điện sai lệch đi qua rơle I_R > 0. Tuy nhiên thực tế do sự không đồng nhất của các biến dòng cũng như do điện trở các nhánh không hoàn toàn bằng nhau nên khi làm việc bình thường dòng điện đi qua rơle vẫn có một giá trị nhất định. Dòng điện này gọi là dòng không cân bằng I_kcb.

Trong trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, hoặc trong các tình trạng quá độ, dòng điện không cân bằng I_kcb có thể có giá trị lớn.

Để tránh bảo vệ tác động sai, dòng điện khởi động của bảo vệ phải chọn sao cho:

I_kđ =K_at . I_kcbttmax.

Trong đó:

- I_kđ: dòng điện khởi động của rơle.

- K_at >1: hệ số an toàn, nhằm tránh tác động sai do các sai số của rơle và mạch.

- I_kcbttmax: dòng điện không cân bằng tính toán cực đại.

 

20. Nguyên lý làm việc của rơle tổng trở ?

Rơle tổng trở là rơle tác động theo tổng trở đoạn đường dây từ điểm ngắn mạch đến chỗ đặt rơle (đầu đường dây).

Z = U_NM/I_NM

Trong đó:

- U_NM: Điện áp gián trên đoạn đường dây từ điểm sự cố đến chỗ đặt rơle.

- I_NM: Dòng điện ngắn mạch đi qua chỗ đặt bảo vệ.

Vùng bảo vệ của rơle tổng trở là đoạn đường dây có tổng trở không lớn hơn trị số tổng trở đặt của rơle.

Rơle tác động khi:

Z > Z_đ

trong đó:

- Z : Tổng trở đoạn đường dây từ điểm sự cố đến chỗ đặt rơle.

- Z_đ: Giá trị đặt của rơle.

Các sơ đồ đấu dây thông dụng rơle tổng trở:

* Sơ đồ điện áp dây và hiệu số dòng điện pha:

* Sơ đồ điện áp dây và dòng điện pha:

Rơle tổng trở được chế tạo có nhiều vùng bảo vệ khác nhau, thích hợp cho bảo vệ các đường dây có nhiều đoạn.

Trong trường hợp đường dây được cung cấp từ hai phía, để đảm bảo tác động chọn lọc, thường sử dụng loại rơle tổng trở có hướng nhằm chỉ tác động khi dòng sự cố đi theo hướng từ thanh cái ra đường dây.

 

21. Nguyên tắc chỉnh định rơle tổng trở ?

Xét đường dây có sơ đồ như hình:

Đường dây được bảo vệ bằng rơle tổng trở có 3 vùng bảo vệ.

- Z₁, Z₂, Z₃: tổng trở bảo vệ vùng 1, 2, 3.

- t₁, t₂, t₃: thời tác động của bảo vệ vùng 1, 2, 3 của rơle 21 thuộc máy cắt MC1.

Khi ngắn mạch trên đoạn AB (vùng 1), đòi hỏi phải cắt nhanh máy cắt MC1. Do đó thời gian tác động của bảo vệ vùng 1 thường được chọn bằng không: t₁ = 0 sec.

Để bảo vệ toàn bộ chiều dài đoạn AB, về nguyên tắc phải chọn trị số đặt vùng 1 sao cho Z_đ1 = Z_AB. Tuy nhiên nếu đặt như vậy thì bảo vệ vùng 1 sẽ tác động sai làm cắt máy cắt MC1 khi có ngắn mạch đầu đường dây đoạn BC vì tổng trở tính từ máy cắt MC1 đến các điểm ngắn mạch cuối đoạn AB và đầu đoạn BC là gần bằng nhau. Do đó để đảm bảo tính chọn lọc, thường chỉ chọn phạm vi bảo vệ của mỗi vùng chiếm khoảng 3/4 chiều dài đoạn đường dây:

Z_đ1= 0,75 Z_AB.

Khi ngắn mạch trên đoạn BC, rơle bảo vệ của đoạn BC phải tác động cắt máy cắt MC2. Nếu do hư hỏng, máy cắt MC2 không cắt thì máy cắt MC1 phải cắt để cô lập sự cố. Lúc này vùng 2 của rơle 21 phải tác động. Vậy thời gian tác động vùng 2 sẽ là:

t₂ = max(t₁ , t_BC) + D_t = t_BC+ D_t2.

Trong đó:

- t_BC : thời gian tác động của bảo vệ chính đoạn BC.

- D_t2: thời gian cắt của máy cắt MC2.

Phạm vi bảo vệ của vùng 2 là:

Z_đ2= 0,75 Z_BC + Z_AB.

Như vậy bảo vệ vùng 2 của đoạn AB là bảo vệ dự trữ cho bảo vệ chính của đoạn BC.

Tương tự cho điểm ngắn mạch trên đoạn CD:

Z_đ3= 0,75 Z_CD + Z_BC.

t₃ = max(t2 , t_CD) + D_t3.

Để tránh bảo vệ tác động sai khi có dao động trên hệ thống, trong một số trường hợp (tùy thuộc vào khả năng giữ ổn định của hệ thống) có thể đặt thời gian tác động vùng 1 có một trị số nhất định t1 > 0 ).

 

22. Nguyên lý làm việc của mạch bảo vệ đóng không toàn pha ?

Mạch bảo vệ đóng không toàn pha dùng bảo vệ cho các máy cắt một pha vận hành trong lưới ba pha trong trường hợp không cho phép vận hành ở chế độ không toàn pha (1 hoặc 2 pha).

Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ đóng không toàn pha:

Khi có một trong ba pha không đóng đồng thời với các pha khác, rơle thời gian RT sẽ được cấp điện và sau một thời gian đặt trước, tiếp điểm sẽ đóng và đi cắt cả 3 cực máy cắt.

 

23. Nguyên tắc chỉnh định mạch bảo vệ đóng không toàn pha ?

Chỉnh định trị số rơle thời gian RT sao cho thời gian duy trì trạng thái không toàn pha không vượt quá thời gian cho phép (tùy thuộc vào phụ tải, hệ thống...):

t =t_cp .

 

24. Nguyên lý làm việc của rơle thời gian ?

Rơle thời gian là rơle tác động đóng mở tiếp điểm có thời gian trì hoãn sau khi được cấp điện. Khoảng thời gian trì hoãn có thể thay đổi được trong một phạm vi nhất định.

Tùy theo mục đích sử dụng, có các loại rơle thời gian sau:

- rơle có tiếp điểm thường mở và đóng chậm:

- rơle có tiếp điểm thường mở và mở chậm:

- rơle có tiếp điểm thường đóng và đóng chậm:

- rơle có tiếp điểm thường đóng và mở chậm:

Về nguyên lý rơle thời gian cấu tạo gồm phần tĩnh là cuộn dây, phần động mang tiếp điểm và được gắn với bộ phận hãm nhằm làm chậm quá trình chuyển động đóng mở tiếp điểm.

Rơle thời gian có thể được chế tạo để làm việc theo dòng điện hoặc theo điện áp.

 

25. Nguyên tắc chỉnh định rơle thời gian ?

Chỉnh định rơle thời gian là đặt trị số thời gian tác động cho rơle theo một giá trị cho trước. Tùy thuộc vào cấu tạo của từng kiểu rơle, thao tác chỉnh định sẽ khác nhau.

Thông thường rơle thời gian được chế tạo có một đĩa chia vạch. Khi chỉnh định, xoay đĩa hoặc đẩy đầu kim đến vạch có giá trị thích hợp.

 

26. Nguyên lý làm việc của rơle quá dòng có hướng ?

Để chế tạo rơle công suất (rơle quá dòng có hướng) người ta dùng nguyên tắc so sánh trực tiếp góc lệch pha giữa hai đại lượng điện U_R và I_R hoặc so sánh trị số tuyệt đối của hai đại lượng là tổ hợp của hai tín hiệu UR và IR.

Rơle định hướng công suất làm việc theo nguyên tắc so sánh pha:
Dòng điện I_R và điện áp U_R đưa vào hệ thống từ có số đôi cực chẵn, lõi thép hình trụ ở bên trong để làm giảm từ trở của mạch từ và phần động là một ống hình trống làm bằng nhôm hoặc đồng, các cuộn điện áp và dòng điện quấn trên từng đôi cực tương ứng.

Mômen quay của rơle: M_q = KU_RI_Rcos(j + a )

Trong đó:

- U_R, I_R là điện áp và dòng điện đặt vào các cuộn dây tương ứng của rơle.

- j là góc lệch pha giữa U_R và I_R.

- K, a là các thông số phụ thuộc vào cấu tạo, mạch từ của rơ le.

Rơle sẽ tác động khi M_q > 0 nghĩa là: Cos(j + a ) > 0

Hay là: - (90^o + a) < j < (90^o - a)

Biểu thức trên chứng tỏ rơle tác động (M_q > 0) khi góc lệch pha j giữa U_R và I_R nằm trong một giới hạn nhất định, nghĩa là khi công suất theo một hướng nhất định.

 

27. Nguyên tắc chỉnh định rơle có hướng?

a. Dòng khởi động của bảo vệ:

Dòng khởi động của bảo vệ cần chọn theo 2 điều kiện sau:

- Bảo vệ phải trở về sau khi ngắn mạch ngoài được loại trừ. Muốn vậy dòng trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng phụ tải ngay sau lúc cắt sự cố, khi các động cơ đồng loạt tự khởi động.

I_KĐB = K_at . I_lvmax (1)

Trong đó:

I_lvmax là giá trị dòng điện làm việc cực đại (xác định đối với chế độ làm việc nặng nề nhất).

Để tăng độ nhạy của bảo vệ có thể không cần xét đến phụ tải cực đại với hướng từ đường dây vào thanh góp, vì đối với nó rơle công suất không khép tiếp điểm, và do đó bảo vệ không thể tác động sai. Khi mạch điện bị hư hỏng, pha của điện áp đưa vào rơle công suất bị méo, rơle có thể khép tiếp điểm.

Khi xảy ra ngắn mạch chạm đất trong mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất, trong pha không hư hỏng có thể có dòng sự cố và đối với dòng này rơle không được tác động. Muốn vậy cần chọn dòng khởi động lớn hơn dòng trong pha không hư hỏng.

I_KĐB= K_at . I_KH (2)

trong đó:

I_KH= I_PT + K_IN

K_at = 1,15 - 1,3 tùy thuộc vào độ chính xác khi đánh giá đại lượng I_KH.
Dòng điện khởi động được chọn là giá trị lớn hơn trong hai giá trị xác định theo (1) và (2).

Đối với mạng có dòng chạm dất nhỏ (I_KH = I_PT) và mạng có trung điểm nối đất trực tiếp nhưng bảo vệ được khóa khi có ngắn mạch chạm đất thì dòng khởi động cần được chọn theo điều kiện (1).

 

b - Thời gian tác động của bảo vệ:

Thời gian tác động của bảo vệ được chọn theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau.

Theo yêu cầu tác động chọn lọc, thời gian tác động của các bảo vệ trong cùng một hướng cần thỏa mãn:

t5 < t3 < t1 và t2 < t4 < t6.

c - Độ nhạy của bảo vệ:

Knhạy =

INmin là dòng điện ngắn mạch cực tiểu khi ngắn mạch ở cối vùng bảo vệ.

Knhạy min =1,2-1,5.

Khi ngắn mạch ở cuối vùng dự trữ, yêu cầu Knhạy min = 1,2.

 

28. Nguyên lý làm việc của rơle tự đóng lại ?

Rơle tự đóng lại là rơle làm nhiệm vụ đóng lại máy cắt sau khi máy cắt (đường dây) bị bật ra bởi các rơle bảo vệ khác (51, 21,...) nhằm nhanh chóng tái lập đường dây một cách tự động khi có sự cố thoáng qua trên đường dây.
Quá trình đóng lại có thể được thực hiện một hay nhiều lần. Thông thường rơle tự đóng lại được thiết kế cho 3 hoặc 4 lần đóng lại. Mỗi lần đóng lại đều có thời gian trì hoãn. Thời gian các lần sau dài hơn lần trước. Nếu lần đóng lại cuối cùng không thành công, rơle sẽ tự khóa không cho đóng tiếp.

 

29. Nguyên tắc chỉnh định rơle tự đóng lại ?

Chỉnh định rơle tự đóng lại là đặt các khoảng thời gian trì hoãn trước mỗi lần đóng lại, số lần đóng lại và thời gian tự khôi phục.

- Số lần đóng lại: n.

- Thời gian trì hoãn trước mỗi lần đóng lại: t1, t2, ...

Các khoảng thời gian này được chọn sao cho khi có sự cố thoáng qua, máy cắt ngắt mạch và cách điện tại chỗ bị sự cố có đủ thời gian phục hồi trước khi đóng điện lại. Đối với các lần đóng lại thứ 2, 3, ... thời gian trì hoãn trước khi đóng lại còn phụ thuộc vào chu trình đóng cắt của máy cắt được đặt rơle.

- Thời gian tự khôi phục (treset): nếu đóng lại lần cuối không thành công, rơle tự khóa. Việc khóa này chỉ có tác dụng trong thời gian nhất định. Sau đó rơle phải tự trở về trạng thái sẵn sàng làm việc như trước khi sự cố.

 

30. Nguyên lý làm việc của rơle khóa ?

Rơle khóa là rơle khi tác động, tiếp điểm sẽ đóng (hoặc mở) và sau đó không tự trở về trạng thái ban đầu dù rơle không còn được cung cấp điện. Để đưa các tiếp điểm về trạng thái ban đầu, phải thực hiện thao tác "reset" (bằng tay hoặc bằng điện).

Rơle khóa được dùng phổ biến trong các mạch bảo vệ máy biến áp nhằm cắt và khóa máy cắt không cho đóng lại khi có sự cố nặng.

 

31. Vài nét về rơle kỹ thuật số ?

Trong thời gian gần đây người ta người ta có khả năng xử lý một khối lượng lớn thông tin trong một thời gian rất ngắn đối với chế độ làm việc của trang thiết bị điện được bảo vệ. Hiện nay trong hệ thống điện những thông tin này được xử lý bằng máy vi tính.

Cũng tương tự như các bảo vệ thực hiện bằng điện cơ, điện tử, bảo vệ bằng vi tính cũng có những phần chức năng đo lường, tạo thời gian, phần thực hiện hoạt động theo chương trình định trước để đi điều khiển các máy cắt.
Hình 21 giới thiệu sơ đồ cấu trúc một phương án bảo vệ thực hiện bằng vi xử lý.

- Tín hiệu xoay chiều từ cuộn dây thứ cấp máy biến điện áp (U_A, U_B, U_C, U₀), máy bién dòng điện (I_A, I_B, I_C, I₀) được đưa qua bộ lọc tần số L để loại bỏ các họa tần bậc cao và được đưa qua khóa K để xác định thứ tự chọn các đại lượng đưa vào với trị số tức thì và nhớ trong khoảng thời gian cần thiết cho sự làm việc đúng của bộ biến đổi tương tự thành số ADC. Đầu ra của ADC cho tín hiệu số tương ứng với tín hiệu hình sin tương tự đầu vào. Từ đó mỗi tín hiệu tương tự U(t) từ đầu ra bộ lọc L sẽ tương ứng với tín hiệu số U(nt) tức đầu ra của ADC và đưa vào bộ vi xử lý.

Tác động liên thông giữa bộ vi xử lý trung tâm với bộ nhớ cho phép đo trị số đặt, xác định đặc tuyến khởi động của bảo vệ theo chương trính định sẵn. Xác định thời gian lôgic tác động, tự động thay đổi sự liên hệ trong phần lôgic phụ thuộc vào các tín hiệu từ các đối tượng được bảo vệ, các mạch tự động và cho quyết định đi điều khiển máy cắt, ghi số liệu tín hiệu hay hiện trên màn hình thông qua các bộ xuất, nhập DCA.

Một trong những vấn đề quan trọng của bảo vệ rơle bằng vi xử lý là việc xây dựng phần đo lường trên cơ sở xử lý những thông tin số ở từng thời điểm. Để thực hiện phần đo lường với các tín hiệu số, người ta có thể sử dụng trị số tức thì hay giá trị tích phân trong khoảng thời gian nhất định.

 

 

 

 

 

 

 

 

(BẢO VỆ AN TOÀN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA LÀ NGHĨA VỤ VÀ QUYỀN LỢI CỦA MỌI NGƯỜI DÂN)