Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 28 Chân 8 (CD) là chân phát hiện cờ chàn, chân 6 (DSR) thông báo rơle đã đặt xong dữ liệu để gửi, khi đó chân 20 (DTR) thiết bị ngoại vi sẽ gửi tín hiệu ngợc thông báo rằng nó sẵn sàng nhận thông tin từ phía rơle. Chân 5 (CTS) nhận tín hiệu truyền từ thiết bị bên ngoài, chân 4(RTS) là nơi mà bộ UART gửi tín hiệu ra cho thiết bị bên ngoài nh Môđem yêu cầu gửi tín hiệu đi xa. Các chân khác đợc sử dụng tùy theo từng trờng hợp cụ thể. 8/ Phơng pháp so sánh trong rơle số Cũng giống nh các rơle điện cơ, rơle tĩnh trong rơle số cũng thực hiện phép so sánh các đại lợng với giá trị ngỡng. Đối với các rơle số không sử dụng bộ vi xử lý, thao tác này đợc thực hiện bằng sơ đồ phần cứng. Thực chất đó là là sơ đồ so sánh hai số cơ số 2 nhiều bit. Các phơng pháp phần mềm đợc thực hiện bởi bộ vi xử lý cũng đợc xem xét ở đây. 8.1/ Phơng pháp so sánh 2 đại lợng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ đồ phần cứng Một đại lợng điện bất kỳ có thể biểu diễn dới dạng cơ số 2 nhiều bit. Giả sử ta có 2 số 1 bit A và B . Điều kiện bằng nhau của 2 số A và B là tất cả các chữ số trong chúng phải tơng ứng bằng nhau. Các trờng hợp có thể xảy ra với 2 số A và B là: A > B, A < B, A = B. Gọi F 1 , F 2 , F 3 , là các hàm đầu ra tơng ứng khi đó ta có bảng sự thật: Từ đó ta có sơ đồ logic của bộ so sánh 2 số 1 bit sử dụng các cổng điện tử nh hình vẽ: Hình 1 - 9: Sơ đồ so sánh 2 số nhị phân 1 bit sử dụng các cổng điện tử Để so sánh 2 số nhị phân nhiều bít, ngời ta sử dụng nhiều bộ so sánh 2 số nhị phân 1 bit, theo nguyên tắc: đầu tiên so sánh 2 bit có trọng số cao nhất chỉ F 1 F 2 F 3 A B A>B A<B A=B 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 Các phơng trình đầu ra: AB B A F .BAF BA.F 2 1 = = Các phơng trình đầu ra: A.BB.AF .BAF BA.F 3 2 1 += = = . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 29 khi nào bit có trọng số cao bằng nhau thì mới tiếp tục so sánh đến bít có trọng số thấp hơn. Trên hình 1 - 10 giới thiệu sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít A và B. Ban đầu giá trị F 3 của các phần tử so sánh bằng 0, do đó các giá trị A 2 , B 2 , , A n , B n không truy nhập đợc vào bên trong của các bộ so sánh kế tiếp. Chỉ trong trờng hợp các bit cao hơn đợc so sánh đã bằng nhau rồi thì tín hiệu từ F 3 mới mở cho bộ so sánh bit thấp hơn làm việc. Phần tử (Hoặc) ở đầu ra cho phép ghi nhận tất cả các đầu ra F 1 của bộ so sánh. Hình 1-10: Sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít Thực chất đây là phơng pháp so sánh 2 đại lợng điện theo giá trị tuyệt đối, việc so sánh này đợc thực hiện bằng sơ đồ phần cứng. 8.2/ Phơng pháp so sánh 2 đại lợng điện theo giá trị góc pha bằng phơng pháp phần mềm Nh ta đã biết trong rơle cảm ứng, mômen quay tạo ra bởi 2 đại lợng điện A và B xác định bởi công thức: sin . B . A .k M q = (1-2) với: k: là hệ số tỷ lệ : góc lệch pha giữa hai véc tơ A và B. Nếu ta sử dụng bộ vi xử lý trong rơle số, ta cũng có thể tạo ra đại lợng tỷ lệ với M q theo các giá trị véc tơ đầu vào A và B. Thật vậy, nếu lấy tích của 2 số phức A và B : ).BABj(A.BA.BA jB).(BjA(AA.BS yxxy.yy.xx y)xyx * ++= +== (1-3) ở đây, dấu * chỉ số phức liên hợp . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 30 A x , A y , B x , B y tơng ứng là các phần tử thực và ảo của các véc tơ A và B. góc véc tơ S cũng là góc của véc tơ A/B và là góc mà véc tơ A vợt trớc véc tơ B, trong trờng hợp này bằng . Nếu cho góc của véc tơ B bằng 0, ta có: sin . AA ;cos . AA 0B ;BB yã yx == == (1-4) khi đó: .sinB . AQ ;cos . B . AP Với jQP sin . B . Ajcos . B . AS == += += (1-5) Các đại lợng P và Q là các bộ so sánh pha hai đầu vào. Bộ so sánh P có giá trị cực đại khi A và B bằng nhau về góc pha. Bộ so sánh Q có giá trị cực đại khi 2 véc tơ A và B lệch nhau 90 0 . Đây chính là đại lợng tỷ lệ với mômen quay M q nh trong rơle cảm ứng khi A và B là các dòng. Trong rơle số, bộ vi xử lý rẽ ràng nhớ các giá trị P và Q từ các véc tơ đầu vào, xác định dấu của chúng và xử lý chúng giống nh các bộ so sánh pha của các rơle cảm ứng. Để hiểu đợc sự làm việc của các bộ so sánh 2 đầu vào P và Q, ta cần biến đổi các véc tơ hình sin A và B thành các giá trị lôgic, sao cho A có giá trị lôgic 1 khi A > 0 và giá trị lôgic 0 khi A < 0 (tức A và A ). Tơng tự ta có các biến B và B . Có thể rễ ràng thấy rằng khi đó S có thể có 4 trạng thái lôgic B.A .B;A ;.BA A.B; . Tùy theo giá trị lớn hơn 0 hay nhỏ hơn 0 tức A vợt trớc B (0 < < 180 0 ) hay A chậm sau B (0 > >180 0 ) ta có 2 trình tự ghi giá trị của S theo sự biến thiên của thời gian nh sau: - Nếu A vợt trớc B: B.A .B;A ;.BA A.B; - Nếu A chậm sau B: B.A .B;A ;.BA A.B; Nếu A vợt trớc B thì A luôn thay đổi trạng thái thành lôgic ngợc với B (thí dụ .BABA. ), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành lôgic giống nh với A (thí dụ B.ABA. ) Nếu A chậm sau B thì A luôn thay đổi trạng thái giống với B (thí dụ B.ABA. ), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành ngợc với A (thí dụ .BABA. ). . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 31 Dựa vào quy trình biến đổi S khác nhau trong các trờng hợp lớn hơn hay nhỏ hơn 0, phần mềm xử lý trong rơle số sẽ xác định hớng của các véc tơ A và B so với nhau, để ra quyết định điều khiển. Nguyên lý này đã đợc sử dụng trong rơlr định hớng công suất dùng vi xử lý. 9/ Các bộ phận khác của rơle số 9.1/ Các bộ nhớ Trong rơle số, các bộ nhớ thờng chiếm một vùng nào đó trong miềm địa chỉ mà bộ vi xử lý quản lý. Tùy theo từng loại rơle mà các bộ nhớ khác nhau đợc xử dụng và với các địa chỉ khác nhau. Các chơng trình cơ bản điều khiển sự làm việc của rơle thờng đợc chứa trong ROM hoặc EPROM. ROM đợc sử dụng trong trờng hợp rơle đợc sản suất với số lợng lớn hoặc nhà chế tạo có công nghệ ghi thông tin vào ROM hoàn thiện. Nhiều nhà chế tạo rơle chọn sử dụng EPROM cho mục đích này khi sản xuất với số lợng ít, đơn chiếc vì tuy EPROM đắt hơn nhng nó cho phép sửa chữa các chơng trình đã ghi trong nó. Thông số chỉnh định của bảo vệ và thông tin về hệ thống điện đợc lu trữ trong DRAM kiểu CMOS (dùng nguồn riêng) hoặc trong EEPROM hoặc cả 2. Các bộ RAM động hay còn gọi là RAM không bay hơi (NVRAM) có u điểm là tốc độ ghi thông tin nhanh song sẽ làm việc trục trặc nếu vì nguyên nhân nào đó pin nuôi chúng bị sự cố. Vì vậy, thờng thì ngời ta ghi các thông tin này vào trong bộ nhớ EEPROM. Khi rơle bị mất nguồn nuôi, thông tin trong chúng vẫn không bị mất đi. Các văn bản sự kiện và thông tin về sự cố đợc lu trữ trong bộ nhớ DRAM vì tốc độ ghi nhớ nhanh của chúng. Tại đây cũng lu giữ thông tin về các giao động điện, các nhiễu loạn, các lịch trình làm việccủa rơle theo thời gian, các thông tin khác về nơi đặt bảo vệ vv các dữ liệu thông tin đo lờng, các kết quả tính toán trung gian đợc lu giữ trong các bộ nhớ RAM (SRAM hay DRAM) dùng nguồn cung cấp của rơle. Tại đây cũng l u giữ thông tin về ngày tháng, thời gian thực. Các giữ liệu này sẽ bị xóa nếu rơle bị mầt nguồn cung cấp. Ngời vận hành có thể truy xuất văn bản sự kiện từ xa, căn cứ vào ngày tháng ghi trên đó để biết tình trạng làm việc của rơle. 9.2/ Giao diện với ngời sử dụng Tại đây thờng đặt màn hình hiển thị thông tin, bàn phím, các đèn LED báo hiệu và một vài cổng thông tin tuần tự hay song song. Tất cả các bộ phận này đợc đặt trên cùng một tấm đế và đợc nối với các bộ phận bên trong rơle qua các dây dẫn mềm kiểu dải băng cho phép tấm đé có thể quay dễ dàng. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 32 Màn hình đợc sử dụng thờng là loại màn hình tinh thể lỏng LCD, có một hay vài hàng chữ. Màn hình kiểu điốt phát quang ít đợc sử dụng. Chế độ làm việc là kiểu văn bản cho phép hiển thị chữ cái và số. Tuy nhiên, trong một số thiết bị công nghệ mới nhất đã sử dụng màn hình rộng hơn, với chế độ đồ họa có khả năng hiển thị thông tin tại chỗ mạnh hơn (nh rơle 7SJ531 của Siemens). Phía sau màn hình thờng có các vi mạch có chức năng giải mã thông tin từ bộ vi xử lý thành mã màn hình và bộ ROM ký tự màn hình, thông tin đợc truyền thờng ở dạng song song. Trong rơle số thì số lợng phím ấn không nhiều nên thờng không có sử dụng loại bàn phím mã hóa theo ASCII. Tùy theo từng loại rơle , thờng có các phím sau đợc sử dụng: - Các phím hiển thị thông tin đo lờng nh dòng, áp, cos, tần số, vv - Các phím hiển thị thông tin trạng thái - Các phím đặt tham số chỉnh định cho rơle - Các phím giải trừ đèn LED hay rơle (reset) vv - Phím ghi thông tin các sự cố gần nhất (fault) 9.3/ Kết cấu lắp giáp Trong rơle, các chức năng chính đợc chế tạo trên các bản mạch riêng biệt tạo thành các môđun. Tùy theo từng loại rơle có thể có các môđun sau: - Môđun nguồn nuôi - Môđun tín hiệu vào - Môđun bộ vi xử lý - Giao diện với ngời sử dụng Môđun nguồn thờng đợc chế tạo độc lập và đợc che chắn nhiễu cẩn thận vì đây là nguồn phát sinh nhiễu mạnh. Đôi khi môđun vào và ra tín hiệu đợc chế tạo chung trên một bản mạch. Tơng tự nh vậy đôi khi môđun thông tin trong các rơle mới hiện nay chỉ là bản mạch nhỏ gắn trên môđun khác. Các bản mạch đợc bắt vít vào khung kim loại và đợc nối với nhau qua dây dẫn mềm và các giắc cắm nhiều chân cho phép có thể tách các môđun dễ dàng khi sửa chữa. Có thể có một vài màn chắn nhiễu bằng nhôm hay phíp phủ đồng đợc sử dụng, đặc biệt với môđun chứa bộ vi xử lý. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 33 Chơng 2 Bảo vệ máy biến áp động lực 1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp. 1.1/ Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA. Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA có thể xảy do quá điện áp khí quyển hoặc do cách điện bị già cỗi. Dòng sự cố chạy trong mạch vòng bị chập có thể có trị số lớn gấp nhiều lần dòng định mức của MBA, tùy theo số vòng dây bị chập nh hình vẽ 2 - 1. Dòng điện này tạo ra những xung lực lớn xô đẩy các vòng dây MBA và trong nhiều trờng hợp có thể phá hủy cuộn dây. Hình 2 - 1: Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp 1.2/ Ngắn mạch một pha chạm đất. Dòng điện ngắn mạch một pha lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tổng trở của điểm trung tính MBA với đất, tổ nối dây và khoảng cách từ chỗ chạm đất tới điểm trung tính. Hình 2 - 2: Ngắn mạch một pha chạm đất. Dòng điện chạm đất một pha bằng: x d x Z U I 3 = ( 2-1) Trong đó I x : Là dòng điện chạm đất một pha cách trung tính một khoảng x. Z x : Là tổng trở mạch vòng bao gồm điện trở trung tính Z d , điện trở từ chỗ chạm đất tới cọc nối đất. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 34 Dòng điện sự cố sơ cấp tơng ứng: x d xs Z U KIKI == *3 (2-2) Trong đó K: Là tỷ số biến đổi của MBA. Nếu x% là số phần trăm tính từ chỗ bị ngắn mạch với đất tới điểm trung tính của MBA, ta có : U d =x%*U P (2-3) U P : Là điện áp pha của đờng dây. Khi đó: x P x Z UxK I *%* = (2-4) Thông thờng điện trở tại chỗ chạm đất và điện trở từ chỗ ngắn mạch tới cọc nối đất rất nhỏ. Trong tính toán gần đúng có thể lấy: Z x = Z d . Dới đây là đồ thị quan hệ giữa dòng điện sự cố theo vị trí điểm ngắn mạch cho hai trờng hợp. Cho máy biến áp có trung tính nối đất trực tiếp. Trờng hợp máy biến áp có trung tính cách ly. Nhìn vào đồ thị ta thấy, khi không có chạm đất thì dòng điện đi qua cuộn dây là dòng điện chung của 3 pha với đất. Do phía sơ cấp nối tam giác nên dòng điện I S không có. Sau đó xảy ra chạm đất một pha làm cho dòng điện chạm đất của pha đó giảm đi , nhng điện áp ở hai pha còn lại tăng so với đất tới đầu cực máy biến áp. Hình 2 - 3: Đồ thị dòng điện sự cố. Nhìn vào đồ thị ta thấy ở 40 đến 50% cuộn dây thì tỷ trọng điện kháng cuộn dây là lớn nhất, do đó dòng điện sự cố nhỏ nhất. Khi điểm sự cố dịch chuyển xa điểm trung tính tới đầu cực MBA, dòng sự cố đạt cực đại. Trờng hợp trên vẽ cho máy biến áp có u k =10%, công suất nguồn vô cùng lớn. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 35 1.3/ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA. Trong trờng hợp này dòng điện tại chỗ ngắn mạch rất lớn vì một số vòng dây bị nối ngắn mạch, dòng điện này phát nóng tại chỗ, đốt nóng cách điện cuộn dây và dầu MBA, nhng dòng điện từ nguồn tới MBA (I S ) có thể vẫn nhỏ không đủ cho bảo vệ rơle tác động. Trong trờng hợp này thờng rơle hơi tác động cắt máy biến áp ra khỏi lới điện. Hình 2 - 5: Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA - Cách điện giữa các lá thép của lõi từ từ bị phá hủy, trong lõi từ xuất hiện dòng điện xoáy lớn, đốt nóng lõi từ, làm cho nhiệt độ dầu máy biến áp tăng cao quá mức cho phép. Trong trờng hợp này rơle nhiệt độ hoặc rơle hơi của MBA sẽ tác động. - Thùng dầu MBA bị thủng, dẫn đến máy biến áp cạn dầu. Trong trờng hợp này rơle hơi sẽ tác động. - Vỡ sứ đầu ra máy biến áp dẫn đến ngắn mạch trên đầu cực của MBA. 1.4/ Những h hỏng và chế độ làm việc không bình thờng bên ngoài máy biến áp. Khi xảy ra ngắn mạch phía đờng dây mà máy biến áp cung cấp (ngắn mạch nhiều pha với nhau, ngắn mạch một pha) hoặc dòng điện phụ tải tăng quá cao dẫn đến máy biến áp bị quá tải. Khi máy biến áp bị quá tải làm cho cuộn dây máy biến áp phát nóng quá mức cho phép có thể làm sôi dầu máy biến áp. Hình 2 - 4: Đồ thị dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất khi máy biến áp trung tính cách điện. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 36 Cạn dầu máy biến áp do nhiệt độ thay đổi đột ngột hoặc dò rỉ lâu ngày, tùy theo công suất máy biến áp, vị trí, vai trò của máy trong hệ thống mà ngời ta chọn các phơng thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp. Những loại bảo vệ thờng dùng để chống các loại sự cố và chế dộ làm việc không bình thờng đợc giới thiệu trong bảng 2 - 1. Bảng 2 - 1: Các loại bảo vệ thờng dụng cho máy biến áp Loại h hỏng Loại bảo vệ - Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất. - So lệch có hãm (bảo vệ chính) - Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) - Quá dòng có thời gian (chính hoặc dự phòng tùy theo công suất của máy) - Quá dòng thứ tự không - Chạm chập các vòng dây, thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu. - Rơle khí (BUCHHOLZ) - Quá tải - Quá dòng điện - Hình ảnh nhiệt - Quá bão hòa mạch từ - Chống quá bão hòa 2/Các phơng án bảo vệ máy biến áp 2.1/ Bảo vệ ngắn mạch Khi xảy ra ngắn mạch ngoài làm cho dòng điện ngắn mạch tăng quá cao dẫn đến máy biến áp bị quá tải. Để ngăn ngừa hiện tợng này ngời ta sử dụng một trong các biện pháp bảo vệ sau. 2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch có hãm Khác với bảo vệ so lệch của máy phát điện, dòng điện sơ cấp ở hai hoặc nhiều phía của máy biến áp thờng khác nhau về trị số (tùy theo tỷ số đổi điện áp các phía) và về góc pha (theo tổ đấu dây: YN/Y 0 ; YN/d11; Y/d5 vv ). Vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thờng, ngời ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG nh hình vẽ 2 - 6, có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỷ số biến đổi đợc chọn sao cho các dòng điện đa vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 37 Một đặc điểm khác của bảo vệ so lệch máy biến áp là dòng điện từ hóa của máy biến áp sẽ tạo nên dòng điện không cân bằng chạy qua rơle. Trị số quá độ của dòng điện không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ đóng máy biến áp không tải hoặc bị cắt ngắn mạch. Vì vậy, để hãm bảo vệ so lệch của máy biến áp ngời ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp. Hình 2 - 6: Cân bằng pha và trị số dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian Ngoài ra, tùy theo tổ đấu dây của máy biến áp đợc bảo vệ cần sử dụng các biện pháp để loại trừ ảnh hởng của dòng điện thứ tự không khi trung điểm của cuộn dây máy biến áp nối đất và có ngắn mạch chạm đât xảy ra trong hệ thống. Gần đây, trong các rơle hiện đại ngời ta có thể thực hiện việc cân bằng pha và trị số dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch. Trên hình 2 - 7, trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm dùng chop máy biến áp 3 cuộn dây. Hình 2 - 7: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây . . Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 30 A x , A y , B x , B y tơng ứng là các phần tử thực và ảo của các véc tơ A và B. góc véc tơ S cũng là góc của véc tơ A/B và là góc mà. tính cách ly. Nhìn vào đồ thị ta thấy, khi không có chạm đất thì dòng điện đi qua cuộn dây là dòng điện chung của 3 pha với đất. Do phía sơ cấp nối tam giác nên dòng điện I S không có. Sau. hãm bảo vệ so lệch của máy biến áp ngời ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp. Hình 2 - 6: Cân bằng pha và trị số dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy