DO LUONG VA DIEU KHIEN TRONG HE THONG DIEN CHUONG~1

KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương Chương Khái niệm chung phần tử tự động Trong đo lường điều khiển hệ thống điện 1.1 Khái niệm chung I Chức thiết bị tự động Thiết bị tự động thiết bị có khả thực chức xác định trước mà không cần đến tham gia trực tiếp người Mức độ tự động hoá phần phản ánh trình độ công nghệ qui trình sản xuất ảnh hưởng đến chất lượng giá thành sản phẩm Đặc biệt Hệ thống điện, đặc điểm hệ thống đòi hỏi phải tác động nhanh nên tự động hoá đo lường điều khiển yêu cầu cấp thiết Các thiết bị tự động đo lường điều khiển hệ thống điện có chức sau: - Điều khiển hoạt động thiết bị hệ thống - Ngăn chặn trước hạn chế hư hỏng hệ thống thiết bị phòng ngừa - Ngắt mạng điện cùc bé khái hÖ thèng cã sù cè hệ thống bảo vệ rơle - Điều chỉnh chất lượng điện thiết bị điều khiển - Nâng cao độ tin cậy đảm bảo thông tin việc giám sát, điều khiển tham số mạng lưới điện thiết bị thu thập thông tin, truyền tin, xử lý tin điều khiển từ xa, phục vụ cho công tác điều độ II Dạng phần tử tự động Tồn dạng phần tử tự động: Phần tử thụ động phần tử hoạt tính - Phần tử thụ động nhận lượng từ đầu vào nên công suất tín hiệu thường nhỏ tín hiệu đầu vào - Phần tử hoạt tính nhận lượng từ nguồn phụ, công suất tín hiệu cao công suất tín hiệu đầu vào Thông tin truyền thiết bị điều khiển tự động theo dạng: Liên tục rời rạc - Thông tin liên tục dùng phần lớn thiết bị tương tự mô theo giá trị điện áp, dòng điện không gián đoạn thời gian giá trị - Thông tin rời rạc gián đoạn thời gian giá trị Phần tử tự động tác động theo chiều, tín hiệu truyền từ đầu vào tới đầu gọi phần tử hở Khi tín hiệu ảnh hưởng đến tín hiệu đầu vào, phần lượng tín hiệu đầu truyền đến đầu vào gọi phÇn tư håi tiÕp hay phÇn tư kÝn KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương III Các dạng tín hiệu phần tử tự động Tín hiệu dùng đo lường ®iỊu khiĨn hƯ thèng ®iƯn th­êng dïng lµ tÝn hiƯu điện Tín hiệu điện liên tục rời rạc - Tín hiệu gọi liên tục tham số thông tin có giá trị thời điểm miền thay đổi nó, thời gian mức lượng (h×nh 1-1a) X X X X X t a) t b) t c) t d) Hình 1-1: Các dạng tín hiƯu - TÝn hiƯu rêi r¹c cã tham sè mang thông tin bị gián đoạn thời gian (hình 1-5b, mức lượng thời gian không đổi hay tức thời) gián đoạn mức lượng (hình 1-5c, mức thời gian lượng không đổi) Khi tín hiệu rời rạc có gián đoạn thời gian mức lượng, gọi tín hiệu số (hình 1-5d) Tín hiệu liên tục biến đổi truyền di sóng mang có tần số lớn, sử dụng công nghệ biến điệu (điều chế, mã hoá) tín hiệu: Điều chế biên độ (hình 1-2a, sóng mang có tần số không đổi biên độ biến đổi theo biên độ tín hiệu), điều chế pha (hình 1-2b, sóng mang có tần số không đổi gócpha biến đổi theo biên độ tín hiệu), điều chế tần số (hình 1-2c, sóng mang có biên độ không đổi tần số biến đổi theo biên độ tín hiệu) i i i k i Tk Ti t t t t T a) b) c) Hình 1-2: Các phương pháp điều chế tín hiệu liên tục KNC phần tử TĐ §L & §K cđa HT§ Ch­¬ng TÝn hiƯu rêi rạc truyền tin nhờ sóng mang, sử dụng phương pháp điều chế sau: Điều chế theo biên ®é cđa xung (h×nh 1-3a), theo ®é réng xung (h×nh 13b), theo độ lệch pha xung (hình 1-3c), theo số lượng xung tần (hình 1-3d) X a) X T t X i T b) t c) X k t T d) t Hình 1-3: Các phương pháp điều chế tín hiệu rời rạc 1.2 thiết bị đo lường điều khiển I Các thiết bị đo lường Chức phận đo lường hệ thống điện Nhiệm vụ phận đo lường tạo tín hiệu làm việc tương ứng với tin tức thu thập từ đối tượng điều khiển Trong hệ thống điện thông tin phần sơ cấp Việc ghép nối phần sơ cấp có điện áp cao, công suất lớn với phần thứ cấp công suất nhỏ điện áp thấp biến dòng điện biến điện áp đo lường Chức phận sau: - Ghép nối mặt thông tin hệ thống: Hệ thống sơ cấp thứ cấp - Cách ly điện cho hệ thống để cố không lan truyền với - Chuẩn hoá thông tin đầu để thuận tiện việc kết nối với phần tử tự động khác Ngoài thiết bị đo lường khác phần tử điều khiển như: Vônmét, Ampemét, Rơle Máy biến dòng a) Sơ đồ Máy biến dòng làm nhiệm vụ cách ly mạng thứ cấp với điện áp cao cung cấp cho mạng thứ cấp dòng điện tiêu chuẩn (1 5A) Sơ đồ đấu nối biến dòng tương tự bảo vệ rơle b) Yêu cầu độ xác máy biến dòng Máy biến dòng dùng đo lường có cấp xác (0,11), giới hạn sai số cho phép trị số dòng (fi%) sai số góc (i, phút) cho (bảng 1-1) tương ứng với phụ tải thứ cấp (25100)% Với cấp xác 0,5 thường dùng cho thiết bị đo lường, thí nghiệm KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương Khi cấp xác sai số cho phép trị số dòng (fi%) cho (bảng 1-2), (sai số góc (i, phút) không qui định) tương ứng với phụ tải thø cÊp (50100)% B¶ng 1-1 STT fi(%) theo dòng sơ cấp Cấp i(phút) theo dòng sơ cÊp chÝnh x¸c 0,05Idm 0,2Idm Idm 1,2Idm 0,05Idm 0,2Idm Idm 1,2Idm 0,1 0,2 0,5 1,0 0,4 0,75 1,5 3,0 0,2 0,35 0,75 1,5 0,1 0,2 0,5 1,0 0,1 0,2 0,5 1,0 15 30 90 180 15 45 90 10 30 60 10 30 60 B¶ng 1-2 STT fi(%) theo dòng sơ cấp Cấp chÝnh x¸c 0,05Idm 0,2Idm Idm 1,2Idm 0,1 0,2 0,5 1,0 0,4 0,75 1,5 3,0 0,2 0,35 0,75 1,5 0,1 0,2 0,5 1,0 0,1 0,2 0,5 1,0 Đối với máy biến dòng dùng mạch bảo vệ, phải làm việc chế độ cố với dòng điện sơ cấp lớn nhiều lần dòng điện định mức Để bảo vệ làm việc xác, BI phải đảm bảo độ xác bảo vệ làm việc với dòng điện cố, dòng điện gọi dòng điện giới hạn theo độ xác Tỷ số dòng điện giới hạn theo độ xác dòng điện định mức gọi hệ số giới hạn theo độ xác Máy biến dòng dùng bảo vệ có cấp xác (5P, 10P), giới hạn sai số cho phép trị số dòng (fi%), sai số góc (i, phút) sai số phức hợp có kể đến sóng hài bậc cao Fi(%) cho (bảng 1-3) tương ứng với phụ tải thứ cấp 100% hệ số giới hạn tiêu chuẩn theo độ xác 5, 10, 15, 20, 30 Bảng 1-3 STT Cấp xác 5P 10P fi(%) i(phút) Fi(%) theo dòng sơ cấp theo dòng sơ cấp theo dòng sơ cấp 60 60 Hệ số giới hạn độ xác: 5, 10, 15, 20, 30 10 Thông số BI đo lường ký hiệu theo phụ tải thứ cấp cấp xác (10VA-0,5: phụ tải định mức 10VA, cấp xác 0,5) BI bảo vệ có thêm hệ số giới KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương hạn theo độ xác (10VA-5P10: phụ tải định mức 10VA, cấp xác 5P, hệ số giới hạn theo độ xác 10) Máy biến dòng thường dùng chung cho đo lường bảo vệ cấp xác cần chọn phù hợp với tác dụng c) Chế độ hë m¹ch thø cÊp cđa BI Khi thø cÊp cđa BI hở mạch, phía sơ cấp có dòng điện chạy qua toàn dòng sơ cấp làm nhiệm vụ từ hoá, từ cảm B tăng đột ngột gây bão hoà mạch từ, từ thông có dạng đầu Khi dòng sơ cấp qua trị số 0, sức điện động cảm ứng cuộn thứ cấp có dạng nhọn đầu với trị số lớn (hình 1-4) Đặc biệt chế độ cố dòng sơ cấp tăng mạnh, sức điện động cảm ứng cuộn thứ cấp lớn gây nguy hiểm cho cách điện thiết bị an toàn người Vì vậy, thứ cấp BI nối ngắn mạch chế độ ngắn mạch thứ cấp chế độ làm việc bình th­êng cña BI B, E,  e(t) B i(t) t Hình 1-4: Chế độ hở mạch thứ cấp BI d) Những thành tựu - Khi mạch từ bão hoà gây sóng hài bậc cao sức điện động có dạng nhọn đầu gây sai số cho bảo vệ Để giảm sóng hài bậc cao, chế tạo BI có khe hở mạch từ giảm từ thông dư mạch từ cố giải trừ tránh tượng bão hoà mạch từ đóng BI vào làm việc, gọi BI tuyến tính Ngoài rơle kỹ thuật số có giải pháp giải trừ sóng hài bậc cao (Rơle Siemens, khoá bảo vệ trị số sóng hài lớn) - Trong năm gần xuất nguyên lý BI như: Nguyên lý chuyển đổi Điện-Quang (hình 1-5), nguyên lý chuyển đổi Từ-Quang Faraday Được dùng cho mạng siêu cao áp nhằm giảm cách điện BI thông thường KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ BI1 Ch­¬ng BI2 Cao áp Zt Hạ áp Hình 1-5: Sơ đồ nguyên lý BI Điện-Quang Dòng điện qua BI1 thông thường đưa qua điều biến chuyển thành đại lượng điện áp tỷ lệ, qua khuyếch đại tín hiệu tỷ lệ với dòng điện sơ cấp, qua điốt phát quang phát tín hiệu quang tương ứng Cáp quang dẫn tín hiệu quang điốt quang ®iƯn nhËn tÝn hiƯu quang, qua bé khuch đại có đủ công suất để cung cấp cho thiết bị BI2 thiết bị phụ tạo thành nguồn cung cấp cho BI e) Chọn kiểm tra BI BI chọn kiểm tra theo điều kiện (bảng 1-4) Trong đó: S2 công suất tổng phụ tải đấu sau BI Bảng 1-4 Số TT Đại lượng chọn kiểm tra Ký hiệu Công thức chọn kiểm tra Điện áp ®Þnh møc, kV Udm BI Udm BI  Udm mang Dòng điện định mức phía sơ cấp, A Idm BI Idm BI Ilv max Phụ tải định møc cña cuén thø cÊp, VA S2.dm S2.dm  S2 l xk Kđ Kd Bội số ổn định nhiệt Kodn K odn Lực cho phép tác động lên đầu sứ máy biến dòng có ngắn mạch [F] [F] 0,88.10 Bội số ổn định lùc ®iƯn ®éng 2.I dmBI I  t gt I dmBI t odn i 2xk1 a M¸y biÕn ®iƯn ¸p ®o l­êng M¸y biÕn ®iƯn ¸p ®o l­êng làm nhiệm vụ cách ly mạng thứ cấp với điện áp cao cung cấp cho mạng thứ cấp điện ¸p tiªu chn (100V) a) Sai sè cđa BU - Sai số trị số điện áp fu(%) BU đo lường, qui định theo (bảng 1-5) - Sai số góc u(phút) góc lệch giữ điện áp sơ thứ cấp BU đo lường, qui định theo (bảng 1-5) KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương Bảng 1-5 STT Cấp xác fu(%) theo dòng sơ cấp u(phút) theo dòng sơ cấp 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0 5 10 20 40 Không qui định Ghi - Sai số trị số điện áp fu(%) BU dùng cho bảo vệ, qui định theo (bảng 1-6) - Sai số góc u(phút) góc lệch giữ điện áp sơ thứ cấp BU dùng cho bảo vệ, qui định theo (bảng 1-6) Bảng 1-6 STT Cấp xác fu(%) theo dòng sơ cấp u(phút) theo dòng sơ cấp 3P 6P 3 6 120 240 Ghi chó b) Các loại BU Có nhiều loại BU, theo nguyên lý cấu tạo có: BU cảm ứng điện từ thông thường, BU kiểu tụ phân áp, BU kiểu - BU cảm ứng điện từ thông thường Được chế tạo pha với cấp điện áp 35kV, với cấp điện áp cao thường sử dụng BU pha đấu thành tổ BU pha với sơ đồ ®Êu: + BU pha ®Êu theo s¬ ®å Y0/Y0 (hình 1-6a) + BU pha đấu theo sơ đồ V (hình 1-6b) + BU pha đấu theo sơ ®å Y0/Y0/ (h×nh 1-6c) A B C A B C a a b c a b b c a) A B C a c b) c) H×nh 1-6: Sơ đồ đấu nối BU Cuộn sơ cấp BU phải đấu Y0 để dòng TTO chạy qua c¶m øng sang thø cÊp cđa BU KNC vỊ phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương - BU kiểu tụ phân áp Để giảm cách điện BU mạng cao áp, sử dụng BU kiểu tụ phân áp, điện áp thứ cấp lấy từ tụ phân áp (hình 1-7a) Do mạch BU có tụ điện nên tổng trở nguồn có tính dung kháng, bù cách đấu nối tiếp mạch thứ cấp với cuộn kháng (hình 1-7b) Điện áp đầu BU thường thấp (100V), để đảm bảo công suất đầu BU đủ lớn đòi hỏi dung lượng tụ lớn, để tránh khó khăn sử dụng sơ đồ có máy biến áp điện từ trung gian (h×nh 1-7c) U1 C1 C2 C1 C2 Zt C1 L Zt L C2 Zt U2 a) b) c) BA H×nh 1-7: Sơ đồ nguyên lý BU dùng tụ phân áp c) Những thành tựu - Để giảm sóng hài bËc cao tÝn hiƯu thø cÊp cã thĨ ®Êu nối tiếp vào mạch cuộn kháng BA trung gian tụ điện tạo nên mạch cộng hưởng sắt từ - Để thông tin điều khiển hệ thống điện, sử dụng kênh thông tin tần số cao truyền tải đường dây truyền tải (PLC), kết hợp BU với thiết bị PLC cách ®Êu nèi tiÕp víi tơ C2 cn kh¸ng PhÝa thứ cấp có cuộn dây cuộn lấy điện áp cho bảo vệ đo lường, cuộn lấy thông tin PLC d) Chọn kiểm tra BU BU chọn kiểm tra theo điều kiện (bảng 1-7) Bảng 1-7 Đại lượng chọn kiểm tra Ký hiệu Công thức chọn Điện áp định møc s¬ cÊp U1 dm U1 dm  Udm mang Điện áp định mức thứ cấp U2 dm U2 dm = Udm TB Phơ t¶i mét pha thø cÊp, VA S2.dm.pha S2.dm.pha  S2.pha Sai sè cho phÐp [N%] N% [N%] Trong đó: S2.pha tổng phụ tải thiết bị đấu sau BU, xác định phụ thuộc vào sơ đồ đấu sau: KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương - Sơ đồ hình Y phụ tải pha BU tương ứng với phụ tải pha thiết bị đấu vào pha 1/3 tổng phụ tải pha - Sơ đồ hình V phụ tải pha BU 1,5 lần phụ tải pha thiết bị II Các thiết bị điều khiển Để thực điều khiển, đo lường, kiểm tra báo tín hiệu mạch thứ cấp hệ thống điện, sử dụng khí cụ điện có cấu tạo khác Phân loại Theo công dụng chúng người ta có phân thành nhóm khí cụ sau: - Khí cụ điều khiển, dùng để truyền tín hiệu đóng, cắt, chuyển đổi vị trí tiếp điểm, thay đổi chương trình làm việc - Các rơ le mạch điều khiển, dùng để thực chương trình logic, kiểm tra mạch điện - Các khoá điều khiển, dùng để phát tín hiệu điều khiển thay đổi chương trình làm việc sơ đồ điều khiển - Các cuộn dây đóng, cắt máy cắt làm nhiệm vụ thực động tác cuối - Khí cụ tín hiệu đèn, chuông, còi, bảng tín hiệu làm nhiệm vụ báo cho người trực nhật vị trí trạng thái làm việc thiết bị - Khí cụ kiểm tra đồng hồ đo lường làm nhiệm vụ kiểm tra tình trạng làm việc thiết bị Ký hiệu biểu diễn sơ đồ Để biểu diễn sơ đồ mạch thứ cấp, mã hiệu hoá tất khí cụ, dụng cụ phần tử ký hiệu (bảng 1-8) KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương Bảng 1-8 STT Thiết bị Máy cắt điện Cầu dao ®iƯn Kho¸ ®iỊu khiĨn 10 11 12 13 14 Nót Ên Nót thư Nút khử Cuộn cắt Cuộn đóng Cuộn dây Công tắc tơ Cuộn dây Rơle dòng điện Cuộn dây Rơle điện áp Cuộn dây Rơle thời gian Cuộn dây Rơle tổng trở Cuộn dây Rơle trung gian 15 16 17 18 19 20 21 22 Cuộn dây Rơle tín hiệu Tiếp điểm máy cắt Tiếp điểm Công tắc tơ Tiếp điểm Rơle dòng điện Tiếp điểm Rơle điện áp Tiếp ®iĨm R¬le thêi gian TiÕp ®iĨm R¬le tỉng trë TiÕp ®iĨm R¬le trung gian 23 24 25 26 27 28 Tiếp điểm Rơle tín hiệu Ampe mét Von mét Oát mét Var mét Ôm mét 29 30 31 32 Đèn tín hiệu Đèn chiếu sáng Chuông tín hiệu Còi tín hiệu Mã hoá Biểu diễn Ghi MC CD KĐK N NT NK CC C§ K RI, PT RU, PH ThG, PB RZ x Th­êng ®ãng: Th­êng më: TRG, P TH, PY MC K RI, PT RU, PH ThG, PB RZ TRG, P TiÕp ®iĨm th­êng më: TiÕp ®iĨm th­êng ®ãng: TiÕp ®iÓm th­êng më, më chËm: TiÕp ®iÓm th­êng më, ®ãng chËm: TiÕp ®iĨm th­êng ®ãng, më chËm: TiÕp ®iÓm th­êng ®ãng, ®ãng chËm: TH, PY A V W VAr Var   A V W § § CH C 10 KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương Khoá điều khiển Khoá điều khiển, dùng để phát tín hiệu điều khiển thay đổi chương trình làm việc sơ ®å ®iỊu khiĨn Kho¸ ®iỊu khiĨn th­êng cã nhiỊu đầu tiếp xúc (68), có đầu tiếp xúc cố định đầu tiếp xúc di động với hình dáng khác Các đầu tiếp xúc di động gắn trục khoá vị trí khác Việc tổ hợp đầu tiếp xúc, vị trí chúng trục vị trí trục cho ta nhiều cách nối đầu tiếp xúc cố định với theo ý muốn Các thao tác khoá điều khiển tiÕn hµnh theo hai b­íc nh­ sau: - B­íc Đóng khoá điều khiển + Quay tay cầm chiều kim đồng hồ góc 900 để chuẩn bị đóng, KĐK vị trí Đ0 + Tiếp tục quay thêm 450, để đóng máy cắt KĐK vị trí đóng Đ1 Sau đóng máy cắt, bỏ tay KĐK tự quay ngược lại góc 450 khóa vị trí đóng Đ - Bước Cắt khoá điều khiển Tiến hành tương tự trên, quay theo chiều ngược kim đồng hồ, tương ứng KĐK vị trí chuẩn bị cắt C0, cắt C1 cắt C C1 C0 C § §0 §1 §, §0 §1 C, C0 C1 10 11 12 13 14 Hình 1-7: Vị trí quay vàbảng tiếp điểm KĐK 11 KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương Việc biểu diễn vị trí đóng mở cặp đầu tiếp xúc ứng với vị trí tay cầm KĐK bảng thuận tiện người vận hành, sửa chữa, việc thể sơ đồ khó khăn Để thuận tiện, dùng sơ đồ biểu diễn trạng thái đóng mở đầu tiếp xúc ứng với vị trí tay cầm KĐK (hình 1-8) Các tiếp điểm đóng biĨu diƠn b»ng dÊu chÊm “  “ Trong s¬ đồ điều khiển tín hiệu để đơn giản thuận tiện thường vẽ cặp tiếp điểm cần dùng, không vẽ toàn sơ đồ KĐK Thiết bị vị trí Để có tín hiệu vị trí đóng, cắt máy cắt, dao cách ly thực đơn giản cách dïng thiÕt bÞ chØ vÞ trÝ ThiÕt bÞ gåm mét cuộn dây nam châm vĩnh cửu đặt từ trường cuộn dây, nam châm vĩnh cửu có gắn cờ vị trí Vị trí nam châm thay đổi ta thay đổi chiều từ trường cuộn dây Thiết bị vị trí kiểu C (hình 1-8) chế tạo cho biểu diễn đóng cờ vị trí nằm thẳng đứng, biểu diễn mở cờnằm ngang, dòng điện cuộn dây cờ nghiêng góc 450 Để thay đổi chiều dòng điện vào cuộn dây, dùng đầu tiếp xúc phụ dao cách ly, MC + Đ O C - Hình 1-8: Thiết bị chØ vÞ trÝ kiĨu C o0o - 12 ... hiệu theo phụ tải thứ cấp cấp xác (1 0VA- 0,5: phụ tải định mức 1 0VA, cấp xác 0,5) BI bảo vệ có thêm hệ số giới KNC phần tử TĐ ĐL & ĐK HTĐ Chương hạn theo độ xác (1 0VA- 5P10: phụ tải định mức 1 0VA, ... thứ cấp 100% hệ số giới hạn tiêu chuẩn theo độ xác 5, 10, 15, 20, 30 Bảng 1-3 STT Cấp xác 5P 10P fi(%) i(phút) Fi(%) theo dòng sơ cấp theo dòng sơ cấp theo dòng sơ cấp 60 60 Hệ số giới hạn độ... mang, sử dụng phương pháp điều chế sau: Điều chế theo biên độ xung (hình 1-3a), theo độ rộng xung (hình 13b), theo độ lệch pha xung (hình 1-3c), theo số lượng xung tần (hình 1-3d) X a) X T t X i