vệ ở khoảng cách
Các phương trình ứng với các đường đặc tính tác động của phần tử đo lường và của bảo vệ khoảng cách được phân tích trong rất nhiều tài liệu chuyên ngành.
Ở đây chúng tôi xin trình bày các phương trình đặc tính hình vòng và tuyến tính, đơn giản và tổ hợp các phần tử đo lường và của bảo vệ khoảng cách. Sự thực hiện của phần tử này vừa theo phương pháp so sánh biên độ, vừa theo phương pháp kiểm tra lệch pha.
Đặc tính hình vòng bất kỳ: hình 1-33a giới thiệu đặc tính này trong mặt phẳng của tổng trở. Ở giới hạn tác động sẽ xảy ra sự cân bằng (tức là khi vectơ phức Z của tổng trở đo được của rơle có đỉnh nằm trên đường đặc tính). Ta có:
│Z – Z0│= r (1-21)
Ở đây Z0 – là véc tơ phức, xá định tâm của vòng tròn, r – bán kính của vòng tròn.
Ta nhân I (dòng điện đo được của rơle) với cả hai vế của phương trình (1-21) ta được:
Hình vẽ 1-33
│Z I – Z0 I │=│rI│ (1-22) Vì I = U (1-23) U là điện áp đo được của rơle
│U – Z0 I │=│rI│ (1-24) Rơle tổng trở là rơle cực tiểu, vùng tác động ở bên trong đường đặc tính vòng, điều kiện tác động (bao gồm cả giới hạn tác động) sẽ có dạng:
│Z – Z0│≤ r (1-25) Tương ứng ta có:
│Z I – Z0 I │≤│rI│ (1-26) Dựa trên cơ sở quan hệ (1-26), ta có thể thực hiện những rơle tổng trở với những đặc tính vòng bất kỳ, làm việc trên nguyên tắc so sánh biên độ. Thậy vậy, dòng điện I chạy qua tổng trở Z0 sẽ xác định điện áp rơi Z0 I . Sau khi thực hiện hiệu vectơ │U – Z0 I │(như đã biết thì cần thiết dùng rơle có hướng để thực hiện sự so sánh lệch pha), điện áp kết quả lại được chỉnh lưu và được so sánh với điện áp ra đã được chỉnh lưu rI. Còn rI ta sẽ có được bằng cách cho dòng điện I đi qua giá trị r. Hình 1-34 làm rõ trường hợp tác động, khi có đỉnh của véctơ phức Z ở trong đường đặc tính tác động và quan hệ (1-25) được thoả mãn.
Hình 3-34
1.3.2. Rơle khoảng cách dung tranzitor, thực hiện trên nguyên tắc cộng.
•Sơ đồ cuă những phần tử:Sơ đồ của những phần tử của rơle còn gọi là sơ đồ các khối, được giới thiệu ở hình 1-35. Ở ngõ vào của sơ đồ, ta đặt điện áp U (từ một máy hạ áp), tỷ lệ với đường dây được bảo vệ và dòng điện I tỷ lệ với dòng điện của đường dây. Thông qua trung gian của máy biến phụ giới hạn TL1 và TL2 ta nhận được điện áp Ui và Ui’ tỉ lệ với dòng điện đi vào. Những máy biến TL1 và TL2 làm việc trong chế độ của máy biến dòng, áp Ui và Ui’ nhận được từ những cực của 1 điện trở phụ tải có giá trị rất bé được nối vào phía thứ cấp của máy biến TL1 và TL2. Hai máy biến này làm việc ở chế độ tuyến tính cho đến giá trị tương ứng với đỉnh của trở (do rơle Z đo được) nằm ở bên trong đường đặc tính tác động của vùng I. Sau đó máy biến đi vào vùng bão hoà để giới hạn điện áp Ui và Ui’ áp dụng cho sơ đồ điện tử nằm phía sau nó, nhằm mục đích bảo vệ tranzitor trong sơ đồ.
Hình vẽ 1-35
Khối khởi động BP gồm bộ phận bằng tay DCM để điều chỉnh giá trị tổng trở khởi động, và một rơle tổng trở cực tiểu để khởi động RZP. (RZP là phần tử khởi động). Phần tử này có đường đặc tính elip với một tiêu điểm nằm tại gốc, phương trình đặc tính tác động có biểu thức
Ở đây φ là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện của đường dây. Ki , Kp, KQ, Ku – là những thông số phụ thuộc vào thông số của elip. Mỗi một trong bốn số hạng của phương trình (1-27) có được nhờ một phần tử riêng biệt; một dòngđiện tỷ lệ với một số hạng tương ứng sẽ chạy qua phần tử riêng biệt này. Một khuyếch đại thuật toán sẽ thực hiện tổng đại số các dòng điện nói trên. Khi đỉnh của vectơ tổng trở đo được bởi rơle Z nằm ở bên ngoài đường đặc tính elip, thì điện áp ra V1
của phần tử khởi động RZP sẽ bé hơn giá trị ngưỡng mở V1d cần thiết để điều khiển bộ phát hiện mức tới hạn DNC1, bộ DNC1 thực hiện trên cơ sở một mạch bấp bênh loại Schmitt.
Nếu đỉnh vectơ phức Z ở bên trong của đường đặc tính elip, tức là trong vùng tác động, vậy ta sẽ nhận được:
V1 > V1d
và phần tử DNC1 sẽ bấp bênh.
Khối đo lường BM (hình 1-35) gồm có một bộ phận chuyển mạch tự động DCA, phần tử thời gian ET điều khiển chuyển mạch, và rơle tổng trở cực tiểu để đo RZM, RZM biểu thị phần tử đo lường. Phần tử thời gian ET bắt đầu làm việc khi nhận tín hiệu từ bộ phát hiện DNC1
đưa đến, tức là: do tác động của phần tử khở đổng RZP.
Phần tử đo lường RZC có đường đặc tính vòng tròn đi qua gốc toạ độ, phương trình của nó có dạng:
Kp’.Ui’.cosφ - KQ.Ui.sinφ – Ku.U = 0 (1-28)
Ở đây φ là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện của đường dây.
Ui’-điện áp tỉ lệ với dòng điện đường dây
Kp’,Kq’,Ku’-hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào vị trí của tâm vòng tròn
Thật vậy xuất phát từ phương trình của đặc tính vòng đi qua gốc toạ độ, ta nâng lên bình phương cả hai vế ta được:
U2 + Zo2 I2 -2 UZ0Icos(U,Z0I) =Z02I2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tương ứng:
U2 - 2 UZ0Icos(U, Z0I) =0 Hay :
U - 2Z0I cos(U, Z0I) = 0 (1-29) Sự lệch giữa các pha U=Z I và Z0 I sẽ bằng với góc giữa vectơ phức Z và Z . Chúng ta ký hiệu θ là góc làm bởi vectơ phức Z với trục
thực còn acgumen của vectơ phức Z bằng với sự lệch pha φ giữa dòng điện I và điện áp U vì rằng:
Z=
Do đó : Góc (U,Z0I) =Ψ= φ-θ
Và thay thế vào quan hệ (9-80), ta nhận được:
U - 2Z0Icos(φ-θ) =U – 2Z0I cosφ cosθ - 2 Z0Isinφ sinθ = 0 (1-30) Chúng ta đặt:U’= K I
(vì điện áp U’ tỉ lệ với dòng I),tương ứng ta có I =
Thay vào biểu thức(1-30) và đổi dấu ta được Ui’.cosφ + Ui’ sinφ – U = 0 (1-31)
Rõ ràng ta đã chứng minh được quan hệ (1-28). Mỗi một trong ba số hạng của phương trình (1-28) có một phần tử riêng biệt và sẽ có một dòng điện tỉ lệ với số hạng tương ứng đi qua phần tử này. Một bộ khuếch đại thuật toán thực hiện tổng đại số của các dòng điện đi ra. Điện áp ra của V2 của bộ khuếch đại khuếch đại thuật toán này đưa đến bộ phát hiện mức tới hạn DNC2. Bộ DNC2 thực hiện nhiệm vụ của mình nhờ một mạch bấp bênh loại Schmitt.
Khi vectơ phức Z có đỉnh nằm trong vùng tác động của đường đặc tính vòng của phần tử đo lường RZM, điện áp V2 sẽ lớn hơn giá trị ngưỡng mở V2d cần thiết để điều khiển bộ phát hiện DNC2, do đó: bộ phát hiện DNC2 bấp bênh. Nếu đỉnh của vectơ phức Z nằm ở bên ngoài đường đặc tính tác động, vậy thì ta có kết quả V2< V2d, và bộ phát hiện DNC2 không bấp bênh, tức là không truyền tín hiệu cho phần tử mạch cửa P1. Phần tử P1 là loại mạch cửa ‘VÀ’
Khi ngắn mạch trong vùng I của phần tử đo lường (ở đây bảo vệ khoảng cách làm việc theo nấc nhanh), như vậy sẽ tác động vừa với phần tử khởi động RZP và vừa đối với phần tử đo lường RZM. Mạch cửa P1
nhận cả hai tín hiệu đến. Do vậy, mạch này sẽ truyền tín hiệu cho khuyếch đại cuối cùng AF, và bộ khuếch đại này điều khiển mở máy cắt điện đường dây.
Khi ngắn mạch ngoài vùng I của phần tử đo lường, nhưng lại trong vùng tác động của phần tử khởi động, thì rơle RZP và bộ phát hiện DNC1 sẽ tác động, nhưng rơle RZM và bộ phận phát hiện DNC2 sẽ không tác động. Bộ phát hiện DNC1 sẽ điều khiển phần tử thời gian ET và đồng thời truyền tín hiệu đến một trong các ngõ vào của mạch cửa P1, nhưng mạch P này không làm việc, vì không nhận được tín hiệu từ
mạch thứ hai đưa đến ngõ vào của P1. Phần tử thời gian ET sẽ điều khiển bộ phận chuyển mạch tự động DCA. Bộ phận DCA sau một thời gian nhất định sẽ làm biến đổi dần dần giá trị điều khiển của phần tử đo lường RZM, tương ứng với đường kính của đặc tính vòng đi qua gốc toạ độ sẽ tăng dần. Ở thời điểm khi một trong những đường đặc tính vòng đã lớn đến mức chứa được đỉnh của vectơ phức Z, hay nói cách khác là : khi có đỉnh của vectơ phức Z đã nằm phía trong đường đặc tính vòng mới này, thì phần tử đo lường RZM và bộ phận phát hiện DNC2 sẽ tác động. Cửa P1 sẽ nhận tín hiệu thứ hai đi đến ngõ vào, do đó bộ khuếch đại cuối cùng AF sẽ điều khiển mở máy cắt điện đường dây. Như vậy, việc loại vùng có sự cố ra khỏi mạch điện sẽ được tiến hành với một thời gian trì hoãn đươc phần tử thời gian ET xác định. Điều này cho thấy rõ khi ngắn mạch ở ngoài vùng I, tức là có khả năng ngắn mạch ở trong các vùng II, III, vv…nên cần phải sau một thời gian trì hoãn thì rơle bảo vệ ngắn mạch ở vùng I mới tác động. Do vậy nó còn là bảo vệ dự trữ có thời gian duy trì đối với vùng II, III, như vậy phù hợp với hình (1-33b).
Thời gian trì hoãn này biểu thị khoảng thời gian giữa lúc phần tử khởi động RZP tác động (RZP điều khiển phần tử thời gian đi vào làm việc) và lúc bộ phận DCA thực hiện chuyển mạch. Bộ phận DCA như đã nói ở trên sẽ làm biến đổi dần dần giá trị điều chỉnh của RZM, tương ứng với việc tạo ra đường đặc tính vòng có đường kính lớn hơn để có thể chứa được đỉnh của véc tơ phức Z. Sau khi mở máy cắt điện và loại bỏ sự cố điện áp V1 và V2 sẽ triệt tiêu, còn phần tử thời gian ET sẽ trở về vị trí ban đầu.
• Khối khở động PB: Ta sẽ thu được cả bốn số hạng của phương trình (1-27) nhờ các phần tử sau đây làm trung gian (hình 1-36a).
Hình 1-36a
a) Bộ phát hiện pha với điot bố trí dạng hình xuyến DF-1 sẽ cho dòng điện Ip có biểu thức sau đây ở ngõ ra:
Ip = Kp . U. cosφ
b) Bộ phát hiện pha với điot bố trí dạng hình xuyến DF-2 sẽ cho dòng điện IQ có biểu thức sau đây ở ngõ ra:
IQ = KQ . U. sinφ
c) Chỉnh lưu R-d1 cho dòng điện Ii đi qua: Ii = Ki.Ui
d) Chỉnh lưu R-d1 cho dòng điện Ii đi qua: Iu = Ku.U
Bộ khuyếch đại thuật toán AO (hình 1-36b) thực hiện với bộ ngắt quãng và có phản hồi âm đáng kể loại song song, thực hện tổng đại số của dòng điện Ip, IQ , Iu, Ii ( với các tín hiệu được xác định bởi các tín hiệu của bốn số hạng của phương trình (1-27). Để điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán tỉ lệ với tổng đại số của các dòng điện đã nêu trên, hồi tiếp dược tính toán cho tổng trở ngõ vào của khuếch đại thuật toán là rất bé và thuần trở, thông thường điện trở vào Ri< 400 Ω.
Hình 1-36b
Tranzitor T1 (của khối Ao, hình 1-36b) biểu thị cho một bộ ngắt quãng của ngõ vào, và tranzitor T5 biểu thị một bộ ngắt quãng của ngõ
ra, sẽ nhận được những tín hiệu điều khiển của máy phát xung tạo nên từ Tranzitor T6 và máy biến Tf.
Dòng điện một chiều I∑ biểu thị tổng đại số của các dòng điện Ip, IQ , Iu, Ii, được bộ ngắt quãng đầu tiên chuyển thành một đại lượng mẫu. Đại lượng mẫu được khuếch đại trong các bộ khuếch đại của dòng điện xoay chiều gồm các Tranzitor T2, T3, T4. Tranzitor T5 tạo trở lại tín hiệu một chiều, còn tầng T7 đư vào để nhận được sự đảo ngược pha và đặc tính hồi tiếp âm của khuếch đại thuật toán. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Những giá trị của hệ số Kp, KQ, Ku, Ki được biến đổi theo chiều mong muốn nhờ các chiết áp trung gian P1, P2, P3, P4.
Nhằm mục đích sao cho ở đường dây với những giá trị khác nhau của tổng trở vẫn đảm bảo được khả năng sử dụng phần tử khởi động trong những điều kiênk tương ứng, ta dự kiến những bộ phận chuyển mạch K3 ,K4, K5, và K6 (hình 1-36a), tạo nên bộ phận chuyển mạch bằng tay DCM (hình 1-35). Mỗi một bộ chuyển mạch được dự kiến với những vị trí đối với tổng trở của đường dây được bảo vệ có giá trị 6, 7, 8,9, 10, 11 và 12Ω.
• Khối đo lường BM:
Ta sẽ có cả bốn số hạng của phương trình (1-37a) qua trung gian của những phần tử sau.
a) Bộ phận phát hiện pha với các điot bố trí hình xuyến DF-3, dòng điện I'p ở ngõ ra có biểu thức sau:
I'p = K'p . U'i. cosφ
b) Bộ phận phát hiện pha DF-4, thực hiện với sơ đồ bố trí điôt hình xuyến, có dòng điện I'Q:
I'Q = K'Q . U'i. sinφ
c) Chỉnh lưu R-d3 cho dòng điện I'u = K'u.U
Bộ khuếch đại thuật toán ở hình (1-37b) thực hiện tổng đại số các dòng điện I'p, I'Q, I'u ( với những tín hiệu là ba số hạng của phương trình (1-28) của đường đặc tính vòng qua gốc toạ độ). Bộ phận chuyển mạch tự động DCA (hình 1-35) và hình 1-37a) được thực hiện với rơle tiếp điểm trong không khí sẽ làm chuyển mạch và làm thay đổi dần dần đường đặc tính tác động của phần tử đo lường RZM cho phù hợp với đường kính đặc tính tác động (hình 1-33b). Phần tử thời gian ET điều khiển rơle này.
Những giá trị của hệ số K'p, K'Q, K'u được biến đổi theo chiều mong muốn nhờ các chiết áp trung gian P1, P2, P3.
Hình 1-37b
Khi khối khởi động BP và bộ phát hiện mức tới hạn DNC1 (hình 1- 35) làm việc thì bộ phát hiện sẽ truyền tín hiệu cho phần tử P2 ( hình 1-38). Phần tử P2 là một thành phần của phần tử thời gian ET. Ở đây, phần tử của P2 cho phép những xung của máy phát xung GI chuyển đến bộ phận đếm N. Bộ phận đém N có ba bộ chuyển mậch để thiết lập thời gian trì hoãn ở các nấc II, III, IV của đường đặc tính thời gian theo vùng tác động (hình 1-33b)
Hình 1-38
Sau khi nhận được một số xung nhất định từ máy phát xung GI, bộ đếm N sẽ tuỳ theo vị trí của bộ chuyển mạch mà đưa xung đến bộ giả mã D (hình 1-38) và (1-39).
Ở bộ giải mã D sẽ có một trong ba tín hiệu ra. Tín hiệu này sẽ chuyển từ mức logic 0 đến mức logic 1.
Thật vậy, sau một số lượng xung nhất định, ví dụ N = n2, tương ứng với thời gian trì hoãn taII của nấc II, đã xảy ra sự chuyển mạch của tín hiệu UdII (hình 1-39). Tiếp đó, với một lượng xung N = n3 xung sẽ xảy ra chuyển mạch tín hiệu UdIII, tương ứng với thời gian trì hoãn taIII
của nấc III. Sau một số lượng xung nữa N = n4 sẽ xảy ra sự chuyển mạch tín hiệu UdIV, tương ứng với thời gian trì hoãn taIV.
Những tín hiệu của giá trị logic 1 nhận được từ ba ngõ ra của bộ giải mã D sẽ truyền đến bộ nhớ tương ứng M1, M2, M3 (của khối bộ nhớ M) và sau đó truyền cho bộ tổ hợp C (hình 1-38 và 1-39). Bộ tổ hợp C sẽ điều khiển bộ phận chuyển tự động DCA (hình 1-35, 1-38, và 1-39). Ở bộ phận DCA sẽ có những bộ khuếch đại thực hiện với các Tranzitor TI, TII, TIII, TIV. Phụ tải của chúng là những cuộn dây rơle với tiếp điểm không khí ZbobI, ZbobII, ZbobIII, ZbobIV. (Ở hình 1-39 bộ phận DCA được biểu thị một phần, còn việc giới thiệu toàn bộ của bộ phận này được thực hiện ở sơ đồ 1-37).
Hình 1-39
Sau khi trải qua một thời gian trì hoãn được xác định qua vị trí của bộ chuyển mạch, những tín hiệu do bộ giải mã D truyền đi qua bộ nhớ trung gian M và bộ tổ hợp C xác định sự chuyển mạch lien tục và tác động liên tục đến rơle với tiếp điểm không khí.
Sau khi trải qua một thời gian trì hoãntheo nấc II, những tiếp điểm I, I”, I’” ( hinhd 1-37a) sẽ mở và tiếp điểm II, II”, II’” sẽ đóng. Sau một khoảng thời gian trì hoãn theo nấc III , những tiếp điểm II, II”, II’” sẽ