2.2.3.1) Khái niệm
Thực chất đây cũng là một bảo vệ quá dòng thông thường nhưng có thêm bộ phận định hướng công suất để phát hiện chiều công suất qua đối tượng được bảo vệ. Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện qua bảo vệ lớn hơn dòng điện khởi động Ikđ và hướng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào đường dây.
Page 23
2.2.3.2) Sơ đồ nguyên lý
2.2.3.3) Nguyên lý làm việc
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 UR và IR 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 IR và điện áp UR 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: Mq = KURIRcos(j + a ) Trong đó:
- UR, IR là điện áp và dòng điện đặt vào các cuộn dây tương ứng của rơle. - j là góc lệch pha giữa UR và IR.
- K, a là các thông số phụ thuộc vào cấu tạo, mạch từ của rơ le. - Rơle sẽ tác động khi Mq > 0 nghĩa là: Cos(j + a ) > 0
Hay là: - (90o + a) < j < (90o - a)
Biểu thức trên chứng tỏ rơle tác động (Mq > 0) khi góc lệch pha j giữa UR và IR nằm trong một giới hạn nhất định, nghĩa là khi công suất theo một hướng nhất định.
Page 24
2.2.3.4) Nguyên tắc chỉ định
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.
IKĐB = Kat . Ilvmax (1) Trong đó:
Ilvmax 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.
IKĐB= Kat . IKH (2) Trong đó:
IKH= IPT + KIN
Kat = 1,15 - 1,3 tùy thuộc vào độ chính xác khi đánh giá đại lượng IKH. 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 (IKH = IPT) 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).
2.2.4) Rơ le điện áp cực đại xoay chiều: 2.2.4.1) Khái niệm: 2.2.4.1) Khái niệm:
Page 25
Rơ le điện áp cực đại dùng để bảo vệ khi có sự tăng cao điện áp (quá tải điện áp) trong mạch xoay chiều thuộc sơ đồ bảo vệ rơ le và tự động điều khiển hệ thống điện.
2.2.4.2) Cấu tạo:
Rơ le có cấu tạo tương tự rơ le dòng điện cực đại PT-40 nhưng không có bộ phận cản dịu, chống rung. Để giảm công suất tiêu thụ và chống rung cho phần động rơ le, hai cuộn dây của rơ le được nối theo sơ đồ nối tiếp và được cấp điện từ nguồn qua cầu chỉnh lưu hai nửa chu kỳ và các điện trở R1 và R2 .
Hình ảnh và cấu tạo của Relay dòng điện cực đại PT-40
2.2.4.3) Nguyên lý hoạt động: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với dải điện áp thấp, cuộn dây được nối với mạch qua điện trở phụ R1, sử dụng chân 8 và chân 12 như hình:
Page 26
Với dải điện áp cao, cuộn dây được nối qua cả hai điện trở R1 và R2, sử dụng chân 6 và chân 10:
Việc sử dụng các điện trở phụ trong mạch xoay chiều cho phép giảm điện áp ngược trên cầu chỉnh lưu còn vài Volt. Khi đóng điện cho rơ le, điện cảm của cuộn dây làm giảm sự tăng dòng điện. Vì vậy, ở thời điểm đầu tiên sau khi đóng điện, trở kháng cuộn dây rất lớn và cầu chỉnh lưu diode chịu một điện áp ngược gần với trị biên độ của điện áp đặt vào rơ le. Ở loại rơ le có Uđm
400V, giá trị biên độ này lớn vượt quá giá trị cho phép của diode. Để đẩm bảo an toàn cho diode không bị đánh thủng, cần nối thêm một tụ C có điện dung không lớn song song cuộn dây rơ le. Trở kháng của tụ điện ở thời điểm sau khi đóng điện cho cuộn dây rơ le là rất nhỏ, nên điện áp ngược trên diode cầu chỉnh lưu được giảm đáng kể, an toàn cho diode. Sơ đồ nối dây như hình trên.
2.2.4.4) Thông số kĩ thuật:
- Điện áp tác động chỉnh định Utđ và điện áp định mức Uđm của rơ le cho trong bảng sau:
Page 27
- Hệ số nhả của rơ le không nhỏ hơn 0,8. - Thời gian đóng không lớn hơn 0,1 giây. - Công suất tiêu thụ không lớn quá 1VA. - Khối lượng không lớn hơn 0,85 Kg.
- Số liệu cuộn dây, điện trở phụ và tụ điện cho trong bảng sau:
2.2.4.5) Hình ảnh thực tế:
Page 28
2.2.5) Rơ le điện áp cực tiểu: 2.2.5.1) Khái niệm: 2.2.5.1) Khái niệm:
Rơ le điện áp cực tiểu được dùng trong sơ đồ bảo vệ và tự động điều khiển lưới điện lưới điện khi có sự cố giảm điện áp trong mạch xoay chiều. Khác với rơ le điện áp cực đại, ở loại rơ le này điện áp tác động của rơ le là điện áp tại đó rơ le chuyển sang trạng thái nhả, tiếp điểm thường mở đóng lại. Điện áp phục hồi là điện áp tại đó phần ứng của rơ le được hút về phía cực từ nam châm điện và tiếp điểm mở ra.
Trong trường hợp này, hệ số nhả của rơ le là tỷ số giữa điện áp phục hồi và điện áp tác đồng và có trị số lớn hơn 1
2.2.5.2) Nguyên lý hoạt động:
Sơ đồ nối trong và cấu tạo của rơ le tương tự loại rơ le điện áp cực đại, chỉ khác là phải điều chỉnh lại rơ le và thay thang chia độ mới, phù hợp với chức năng bảo vệ điện áp cực tiểu.
2.2.5.3) Thông số kỹ thuật:
- Hệ số nhả của rơ le không quá 1,25.
- Thời gian đóng của tiếp điểm không lớn hơn 0,15 giây khi điện áp giảm đến 0,8Utđ và không lớn hơn 0,1 giây khi điện áp giảm đến 0,5Utđ
Page 29
- Một trong những nhược điểm của rơ le điện áp kiểu điện từ là khi điện áp biến động trong một quãng thời gian ngắn (dưới 1 giây) rơ le tác động, tải bị cắt điện, mặc dù biến động điện áp với thời gian bé có thể coi như nhiễu, chưa ảnh hưởng lớn để phải cắt tải.
2.2.6) Rơ le kiểm tra đồng bộ: 2.2.6.1) Hình ảnh thực tế: 2.2.6.1) Hình ảnh thực tế:
Hình ảnh thực tế relay kiểm tra đồng bộ DY-30
2.2.6.2) Sơ lược:
Rơ le kiểm tra đồng bộ dùng trong sơ đồ đóng lặp lại tự động đường dây truyền tải điện có nguồn cung cấp hai phía. Rơ le làm phần tử kiểm tra có sai khác điện áp trên đường dây và điện áp trên thanh cái của trạm nguồn .
2.2.6.3) Cấu tạo:
Cấu tạo của rơ le này dựa trên cơ sở rơ le dòng điện cực đại PT-40. Nhưng mỗi cuộn dây trên một cực từ của nam châm điện được quấn phân ra àm hai cuộn dây nhỏ có cùng đường kính dây vầ cách điện với nhau. Hai cuộn dây nhỏ đặt trên cùng một cực từ tạo thành một cuộn trên và một cuộn dưới. Như vậy rơ le có tất cả bốn cuộn
Page 30 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mắc nối tiếp với cuộn dây nhỏ phóa trên của cực từ kia và phái ngược lại ở hai cuộn kia. Nối như vậy tạo ra hai mạch dây quấn cách ly nhau, có thông số như nhau và hệ số hỗ cảm giữa chúng gần bằng 1. Mỗi mạch dây quấn được nối với một nguồn áp đồng bộ qua một điện trở phụ.
Trị số của điện trở phụ, số vòng dây của mỗi cuộn dây và cực tính của sơ đồ nối dây được tính, chọn sao cho khi đặt trên cả hai mạch dây quấn các điện áp định mức và trùng pha thì từ thông trong mạch từ do các cuộn dây sinh ra triệt tiêu nhau, do đó từ thông tổng bằng 0 và moment điện từ tác động lên phần động rơ le sẽ bằng 0 và rơ le không tác động. Khi có sự sai lệch về điện áp và góc pha giữa hai điện áp đồng bộ, rơ le sẽ tác động.
2.2.6.4) Thông số kỹ thuật:
Page 31
Thông số kỹ thuật của các rơle đồng bộ
2.3) Rơ le cảm ứng:
2.3.1) Sơ lược về rơle cảm ứng:
Các rơle loại cảm ứng còn được gọi là rơle cường độ. Các loại rơle này làm việc trên nguyên tắc của động cơ cảm ứng hoặc một năng lượng meter. Trong các rơle, một đĩa kim loại được phép xoay giữa hai cuộn dây nam châm điện được nạp năng lượng với sự trợ giúp của dòng điện xoay chiều.
Mômen quay được tạo ra trong rơle cảm ứng do sự tương tác của một từ thông xoay chiều với dòng điện xoáy gây ra trong rôto bởi một từ thông xoay chiều khác. Hai từ thông có cùng tần số nhưng dịch chuyển theo thời gian và không gian. Vì sự
Page 32
tương tác của các từ thông xoay chiều là cơ sở hoạt động của các rơle cảm ứng , chúng không được sử dụng cho các đại lượng một chiều.
2.3.2) Cấu trúc:
Rơ le cảm ứng thực chất bao gồm một đĩa nhôm có trục quay đặt trong hai từ trường xoay chiều có cùng tần số nhưng dịch chuyển theo thời gian và không gian. Mômen xoắn được tạo ra trong đĩa do sự tương tác của một trong các từ trường với dòng điện do đĩa còn lại gây ra.
Ba loại cấu trúc sau đây thường được sử dụng để thu được sự lệch pha trong từ thông và do đó mômen hoạt động trong rơle cảm ứng:
- Cấu trúc bóng mờ:
Cấu trúc cực bóng mờ như trong hình dưới đây thường được kích hoạt bởi dòng điện chạy trong một cuộn dây đơn trên cấu trúc từ tính có chứa khe hở không khí. Thông lượng khe hở không khí được tạo ra bởi dòng điện này được tách thành hai thành phần lệch pha và do đó được gọi là vòng che bóng nói chung bằng đồng bao quanh một phần của mặt cực của mỗi cực tại khe hở không khí.
Rôto, được thể hiện theo chiều dọc trong hình trên, là một đĩa đồng hoặc nhôm được xoay để quay trong khe hở không khí giữa các cực. Góc pha giữa các dòng xuyên qua đĩa được cố định theo thiết kế, và do đó nó không được xem xét ứng dụng.
Các vòng che nắng có thể được thay thế bằng các cuộn dây nếu muốn điều khiển hoạt động của rơle cực che. Nếu các cuộn dây che nắng bị ngắn mạch do tiếp điểm
Page 33
của một số rơ le khác, mômen xoắn sẽ được tạo ra; nhưng, nếu các cuộn dây bị hở mạch, sẽ không tạo ra mômen xoắn vì sẽ không có sự tách pha của từ thông. Điều khiển mô-men xoắn như vậy được sử dụng khi điều khiển hướng được mong muốn.
- Cấu trúc Watthour-Meter:
Cấu trúc này được đặt tên từ thực tế là nó được sử dụng cho các máy đo đường nước. Như trong hình dưới đây, cấu trúc này chứa hai cuộn dây riêng biệt trên hai mạch từ khác nhau, mỗi cuộn tạo ra một trong hai từ thông cần thiết để dẫn động rôto, cũng là một đĩa.
- Cốc cảm ứng và cấu trúc vòng lặp cảm ứng kép:
Hai cấu trúc này được thể hiện trong hình 1 và 2 bên dưới. Chúng gần giống nhất với động cơ cảm ứng, ngoại trừ sắt rôto là đứng yên, chỉ có phần dây dẫn rôto quay tự do.
Page 34
Cấu trúc cốc sử dụng rôto hình trụ rỗng, trong khi cấu trúc vòng kép sử dụng hai vòng ở các góc vuông với nhau. Cấu trúc cốc có thể có các cực bổ sung giữa các cực được chỉ ra trong Hình 1.
Về mặt chức năng, cả hai cấu trúc thực tế giống hệt nhau. Những cấu trúc này là những nhà sản xuất mô-men xoắn hiệu quả hơn so với cấu trúc cực bóng mờ hoặc cấu trúc đồng hồ áp suất nước, và chúng là loại được sử dụng trong rơle tốc độ cao. - Cấu trúc vòng lặp cảm ứng đơn:
Cấu trúc này, được thể hiện trong Hình dưới đây, là cấu trúc tạo ra mô-men xoắn hiệu quả nhất trong tất cả các kiểu cảm ứng đã được mô tả. Tuy nhiên, nó có nhược điểm khá nghiêm trọng là cánh quạt của nó có xu hướng rung. Ngoài ra, mô-men xoắn thay đổi phần nào theo vị trí rôto.
Page 35
Độ chính xác của rơ le cảm ứng khuyến nghị nó cho các mục đích rơ le bảo vệ. Các rơ le như vậy có độ chính xác tương đương với đồng hồ đo được sử dụng cho mục đích thanh toán. Độ chính xác này không phải là hệ quả của nguyên tắc cảm ứng, mà là do các rơ le như vậy luôn sử dụng các vòng bi và các bộ phận chính xác để giảm thiểu ma sát. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.3) Nguyên lý hoạt động:
Rơle kiểu cảm ứng là động cơ cảm ứng chia pha có các tiếp điểm. Lực kích hoạt được phát triển trong phần tử chuyển động có thể là đĩa hoặc dạng khác của rôto bằng vật liệu dẫn dòng không từ tính bằng sự tương tác của các thông lượng điện từ với dòng điện xoáy do các từ thông này gây ra trong rôto.
Hình dưới đây cho thấy lực được tạo ra như thế nào trong một phần của rôto đối mặt với hai thông lượng xoay chiều liền kề. Các đại lượng khác nhau được thể hiện ngay lập tức khi cả hai thông lượng đều hướng xuống và đang tăng độ lớn. Mỗi từ thông tạo ra điện áp xung quanh chính nó trong rôto và dòng điện chạy trong rôto dưới ảnh hưởng của hai điện áp. Dòng điện được tạo ra bởi một từ thông sẽ phản ứng với từ thông kia và ngược lại, tạo ra lực tác dụng lên rôto.
Page 36
Các đại lượng liên quan đến rơle kiểu cảm ứng có thể được biểu thị như sau: = sin t
= sin ( t + )
Trong đó là góc pha mà dẫn . Có thể giả định với sai số không đáng kể rằng các đường dẫn dòng điện rôto có độ tự cảm không đáng kể và do đó dòng điện rôto cùng pha với điện áp của chúng:
i
cos t i cos ( t + )
Rõ ràng từ hình bên trên, hai lực F1 và F2 đối nghịch nhau, do đó chúng ta có thể viết phương trình cho lực thuần (F) như sau:
F = (F 2 - F 1 ) ( i - i ) (1)
Đưa giá trị của các đại lượng vào phương trình (1), ta được F [sin ( t + ) cos t - cos ( t + ) sin t] (2) Vì vậy, F Sin
Do đó, lực kích hoạt trong Rơle kiểu cảm ứng tỷ lệ thuận với độ lệch pha giữa hai từ thông. Để có lực kích hoạt lớn nhất, độ lệch pha phải là 90 °.
Do đó, để tóm tắt, lực kích hoạt được tạo ra khi có các từ thông lệch pha. Chỉ một dòng sẽ không tạo ra lực ròng. Phải có ít nhất hai từ thông lệch pha nhau để tạo ra lực thực bất kỳ và lực lớn nhất được tạo ra khi hai từ thông lệch pha nhau 90°. Ngoài ra, hướng của lực - và do đó là hướng chuyển động của thành phần chuyển động của rơle - phụ thuộc vào từ thông nào dẫn đầu từ thông kia.
Page 37
Có thể thu được một cái nhìn sâu sắc hơn về việc tạo ra lực kích hoạt trong rơle