Bài 3 : Tự động khống chế truyền động điện
3.6 Cỏc khõu bảo vệ trong TĐK C TĐĐ
3.6.1 Bảo vệ quỏ dũng.
Cú thể núi Relay bảo vệ quỏ dũng là một thuật ngữ khỏ mới nếu bạn khụng phải là một dõn chuyờn trong ‘làng kĩ thuật’, một số người thắc mắc đõy là gỡ, nú dựng để làm gỡ? Để giải đỏp sự tũ mũ của bạn, cú thể giỳp bạn hiểu hơn và chọn được cho mỡnh một Relay phự hợp, an toàn và tiết kiệm Huỳnh Lai sẽ gợi ý cho bạn một số thụng tin bổ ớch về Relay bảo vệ quỏ dũng
Relay bảo vệ quỏ dũng là gỡ?
“Quỏ dũng” là một hiện tượng dũng điện chạy qua cỏc phần của một hệ thống điện vượt qua giỏ trị số dũng điện tải đó cài đặt. Quỏ dũng điện xảy ra khi mạch quỏ tải, ngắn đoạn hoặc sự cố điện. Để trỏnh khỏi những tai nạn điện và bảo vệ những bộ phận quan trọng chỳng ta cần lắp đặt Relay.
Nguyờn lý hoạt động của Relay (Rơ-le) bảo vệ quỏ dũng
Khi cú một dũng điện chạy qua rơ le, dũng điện này sẽ chạy qua một cuộn dõy bờn trong Relay và tạo thành một từ trường hỳt. Từ trường hỳt này sẽ tỏc dụng lờn một đũn bẩy bờn trong rơ le làm đúng hoặc mở cỏc tiếp điểm điện và làm thay đổi trạng thỏi của rơ le.
Núi đơn giản thỡ Relay giống như một cỏnh cửa trung gian cho phộp dũng điện chuyển đổi qua lại giữa cỏc phần tử. Giống như một “cụng tắc giỏn tiếp” cú thể đúng mở dũng điện, khụng gõy hư hại cho cỏc phần tử ở sau relay và cú thể chịu được dũng điện cực lớn.
Hoặc chớnh xỏc hơn là một cỏi đũn bẩy trung gian, cho nú một dũng điện nhỏ xớu để cú thể đúng tắt một dũng điện lớn hơn nhiều mà khụng cần nối tiếp dũng điện như một cỏi cụng tắc.
Cấu tạo relay bảo vệ quỏ dũng
Relay cú nhiều loại và nhiều loại cú cấu tạo hơi khỏc nhau, từ loại 2 chõn cho đến hàng chục chõn, nhưng để sử dụng tốt thỡ nờn cần ớt nhất 4 chõn, gồm 2 chõn để cung cấp điện cho rơ le và 2 chõn để dẫn điện ra cỏc phần tử. Rơ le cũng cú nhiều chức năng và cỏc cỏch ỏp dụng rất hữu ớch vào thực tế khỏc nhau.
Nhưng chung quy đều cú 2 phần:
Nam chõm cú tỏc dụng hỳt thanh tiếp điểm lại nhằm đảo trạng thỏi của rơ le từ NO (mở) sang NC (đúng) và ngược lại.
Ký hiệu NO và NC trong relay bảo vệ dũng điện trong tiếng anh cú nghĩa là Nature open và Nature close.
Phần mạch tiếp điểm, cú nhiệm vụ khi được nam chõm tỏc dụng lờn thỡ 2 tiếp điểm sẽ chạm vào nhau, cho phộp dũng điện truyền qua và tất nhiờn là được cỏch ly với cuộn hỳt.
Cấu tạo đơn giản và cỏch biệt cho phộp rơ le đúng mở dũng điện và khụng bị ảnh hưởng bởi những sự cố ở cỏc phần tử. Dễ thay thế và lắp đặt. Một vật bộ tớ nhưng cú thể chuyển hướng một dũng điện cực lớn, và vụ cựng an toàn.
Cụng dụng của Relay bảo vệ quỏ dũng
Một cụng cụ bảo vệ nguồn điện của bạn bằng cỏch bảo vệ quỏ dũng và thấp
dũng thụng qua chuyển đổi trạng thỏi dũng điện.
Relay bảo vệ quỏ dũng là loại giỏm sỏt khi dũng điện ngắn mạch như là lỗi pha, chạm đất và winding. Khụng nờn bảo vệ hoạt động cho cỏc dũng khi bắt đầu, quỏ dũng cho phộp, dũng điện dõng cao… Để đạt được điều này, thời gian trễ cần được cung cấp (trong trường hợp rơle nghịch đảo).
Việc bảo vệ quỏ dũng điện nờn được phối hợp với relay bảo vệ quỏ dũng lõn cận. Rơle quỏ dũng là một yếu tố cơ bản của bảo vệ quỏ dũngKhi phỏt hiện điều kiện bất thường relay bảo vệ quỏ dũng sẽ:
+ Cụ lập một phần bị lỗi của hệ thống
+ Tốc độ hoạt động nhanh để giảm thiểu thiệt hại và nguy hiểm + Phõn biệt, cụ lập chỉ phần bị lỗi
+ Độc lập / đỏng tin cậy + An toàn / ổn định
+ Giảm Chi phớ bảo vệ / chống lại cỏc mối nguy hiểm tiềm tàng
Một số loại relay bảo vệ quỏ dũng
Rơle bảo vệ quỏ dũng xỏc định dũng điện hoạt động ngay lập tức khi dũng điện đạt
đến một giỏ trị cài đặt trước.
– Hoạt động trong một thời gian nhất định khi dũng tải vượt quỏ giỏ trị Pick-up của nú.
– Khụng cú thời gian trễ).
– Thời gian trễ do cố ý khụng đổi.
– Rơ le nằm xa từ nguồn hoạt động với giỏ trị dũng điện thấp
– Dũng tải hoạt động sẽ được tăng dần cho cỏc rơle khỏc khi dũng điện di chuyển về phớa nguồn.
– Hoạt động trong chỉ 0.1s hoặc ớt hơn – Define Time Overcurrent Relay
Với loại này, hai điều kiện phải được thỏa món cho hoạt động trip, dũng điện phải vượt quỏ giỏ trị cài đặt và lỗi phải xảy ra liờn tục ớt nhất là một khoảng thời gian bằng đó cài đặt sẵn của rơ le.
Relay hiện đại cú thể chứa nhiều cỏc giai đoạn bảo vệ, mỗi giai đoạn gồm cỏc cài đặt dũng điện và thời gian riờng.
Đặc điểm
+ Thời gian hoạt động cú giỏ trị khụng đổi (giỏ trị hằng số)
+ Hoạt động độc lập mà khụng ảnh hưởng với cường độ dũng điện lớn. + Cú Cơ chế cho phộp trỡ hoón thời gian cố ý
+ Dễ điều phối.
+ Thời gian đúng, mở liờn tục khụng phụ thuộc vào biến thể nguồn cấp dữ liệu và vị trớ lỗi dũng tải.
Inverse Time Overcurrent Relay (IDMT Relay)
Relay bảo vệ quỏ dũng được cài đặt thời gian nghịch đảo. Cỏc relay bảo vệ thời gian tối thiểu gọi tắt là (IDMT) đó được phỏt triển để khắc phục những hạn chế của rơ le bảo vệ quỏ dũng với thời gian xỏc định.
+ Moderately Inverse + Very Inverse Time + Extremely Inverse
Dũng rơ le bảo vệ lỗi pha và thứ tự pha được sử dụng để bảo vệ cho cỏc trường hợp quỏ ỏp, thấp ỏp và lỗi pha cũng như bảo vệ thứ tự pha cho mạch điện 3 pha điện ỏp AC. Với dải tựy chỉnh điện ỏp lưới 208, 220, 380 ,400 ,415 , 440 ,
480 vac.
Hỡnh ảnh bộ bảo vệ cao ỏp thấp ỏp dựng cho hệ thống 3 pha.
Cài đặt bộ bảo vệ cao ỏp thấp ỏp lệch pha 3 pha
RV: Dải điện ỏp hoạt động của lưới điện, mức tựy chỉnh 208, 220, 380 ,400 ,415 ,
440 , 480 vac
UV: Cài đặt mức điện ỏp khi xảy ra sự cố điện ỏp thấp từ 5~25 % so với RV.
OV: Cài đặt bảo vệ trước sự cố điện ỏp vượt quỏ 5~25 % so với RV.
AS: Cài đặt bảo vệ trước sự cố điện ỏp giữa cỏc pha bất cõn bằng
- Dựng để bảo vệ và giỏ sỏt lỗi điện ỏp của mạch 3 pha, bao gồm: Mất pha, đảo pha, quỏ ỏp, thấp ỏp…
- Dựng bảo vệ điện ỏp trong hệ thụng điện cụng nghiệp, xõy dựng và dõn dụng - Dựng bảo vệ động cơ khụng quay ngược chiều đó định.
- Đề phũng thiết bị bị chỏy, hư hỏng do điện ỏp quỏ cao hoặc quỏ thấp (tivi , mỏy lạnh , tủ điện , ....)
Thụng số kỹ thuật .
Rơle bảo vệ điện MG21DF - Bảo vệ mất pha
- Bảo vệ lệch pha. - Bảo vệ đảo pha
- Nguồn: 3 Pha (50Hz/60hz) 380VAC
- Bảo vệ quỏ ỏp: 208~480VAC, (219~600VAC) 5~25 % - Bảo vệ thấp ỏp: 5~25 % điện ỏp chọn
- Cụng suất tiếp điểm: AC240V, 5A - Cụng suất tiờu thụ: ≤ 1W
- Độ bền điện: 10⁵ ( khụng lớn hơn tải định mức) - Dải Nhiệt độ hoạt động: -5°C~+40°
I. Sơ đồ đấu dõy bộ bảo vệ cao ỏp thấp ỏp.
Relay bảo vệ cao ỏp thấp ỏp 3 pha
- Thiết bị hoạt động khi một trong cỏc pha đầu vào bị giỏn đoạn , điện ỏp cao hoặc thấp ngoài phạm vi cho phộp, hoặc khi một trong cỏc pha bị lỗi, bộ điều khiển cao ỏp thấp ỏp sẽ ngay lập tức tỏc động thụng qua việc ngắt cặp tớn hiệu cấp nguồn điều khiển cho mạch điện và khi đú toàn bộ mạch điều khiển sẽ ngừng hoạt động, đảm bảo cho cỏc thiết bị phần phụ tải khụng bị hư hỏng vỡ hoạt động trong trường hợp nguồn cấp khụng đảm bảo yờu cầu.
- Khi một trong ba pha cấp nguồn bị tỏc động thay đổi thứ tự pha đó được hiệu chỉnh lỳc đầu , bộ bảo vệ cao ỏp thấp ỏp MG21DF sẽ tỏc động và ngắt nguồn điều khiển.
Trong quỏ trỡnh vận hành mỏy phỏt điện cú thể xảy ra mất kớch từ do hư hỏng trong mạch kớch thớch (do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ thống tự động điều chỉnh điện ỏp, thao tỏc sai của nhõn viờn vận hành... Khi mỏy phỏt bị mất kớch từ thường dẫn đến mất đồng bộ ở stator và rotor. Nếu hở mạch kớch thớch cú thể gõy quỏ điện ỏp trờn cuộn rotor nguy hiểm cho cỏch điện cuộn dõy.
Ở chế độ vận hành bỡnh thường, mỏy phỏt điện đồng bộ làm việc với sức điện động E cao hơn điện ỏp đầu cực mỏy phỏt UF (chế độ quỏ kớch thớch, đưa cụng suất phản khỏng Q vào hệ thống, Q > 0). Khi mỏy phỏt làm việc ở chế độ thiếu kớch thớch hoặc mất kớch thớch, sức điện động E thấp hơn điện ỏp UF, mỏy phỏt nhận cụng suất phản khỏng từ hệ thống (Q < 0) (hỡnh 1.33a,c). Như vậy khi mất kớch từ, tổng trở đo được đầu cực mỏy phỏt sẽ thay đổi từ Zpt (tổng trở phụ tải nhỡn từ phớa mỏy phỏt) nằm ở gúc phần tư thứ nhất trờn mặt phẳng tổng trở phức sang ZF (tổng trở của mỏy phỏt nhỡn từ đầu cực của nú trong chế độ Q < 0) nằm ở gúc phần tư thứ tư trờn mặt phẳng tổng trở phức
Khi xảy ra mất kớch từ, điện khỏng của mỏy phỏt sẽ thay đổi từ trị số Xd (điện khỏng đồng bộ) đến trị số X’d (điện khỏng quỏ độ) và cú tớnh chất dung khỏng. Vỡ vậy để phỏt hiện mất kớch từ ở mỏy phỏt điện, chỳng ta cú thể sử dụng một rơle điện khỏng cực tiểu cú X’d < Xkđ < Xd với đặc tớnh vũng trũn cú tõm nằm trờn trục -jX của mặt phẳng tổng trở phưừc. Đặc tớnh khởi động của rơle điện khỏng cực tiểu hỡnh 1.33b cú thể nhận được từ sơ đồ nguyờn lý hỡnh 1.34a. Tớn hiệu đầu vào của rơle là điện ỏp dõy Ubc lấy ở đầu cực mỏy phỏt và dũng điện pha Ib, Ic lấy ở cỏc pha tương ứng. Điện ỏp sơ cấp UBC được đưa qua biến ỏp trung gian BUG sao cho điện thứ cấp cú thể lấy ra cỏc đại lượng a.UBC và b.UBC (với b > a) tương ứng với cỏc điểm A và B trờn đặc tớnh điện khỏng khởi động.
Khi mất kớch từ, dũng điện chạy vào mỏy phỏt mang tớnh chất dung và vượt trước điện ỏp pha tương ứng một gúc 900. Hiệu dũng điện cỏc pha B và C thụng qua biến dũng cảm khỏng BIG tạo nờn điện ỏp phớa thứ cấp UD vượt trước dũng điện IBC một gúc 900. Như vậy gúc lệch pha giữa hai vộctơ điện ỏp UD và UBC là 1800
Điện ỏp đưa vào cỏc bộ biến đổi dạng súng (hỡnh sin sang hỡnh chữ nhật) S1 và S2 tương ứng bằng:
Gúc lệch pha alpha giữa và sẽ được kiểm tra. Ở chế độ bỡnh thường alpha = 00, rơle khụng làm việc. Khi bị mất kớch từ alpha = 1800, rơle sẽ tỏc động. Gúc khởi động được chọn khoảng 900. Cỏc hệ số a, b được chọn (bằng cỏch thay đổi đầu phõn ỏp của BUG) sao cho cỏc điểm A và B trờn hỡnh 1.34b thoả món điều kiện:
Khi mất kớch thớch, gúc pha dũng điện thay đổi, gúc lệch pha alpha được kiểm tra thụng qua độ dài của tớn hiệu S3 = - S1.S2. Nếu alpha > alphakđ (hỡnh 1.34c) bảo vệ sẽ tỏc động đi cắt mỏy phỏt trong khoảng thời gian từ (1 - 2) sec.
Bảo vệ chống mất đồng bộ đụi khi cũn cú tờn gọi là bảo vệ chống trượt cực từ. Khi mỏy phỏt điện đồng bộ bị mất kớch từ, rotor mỏy phỏt cú thể bị mất đồng bộ với từ trường quay. Việc mỏt đồng bộ cũng cú thể xảy ra khi cú dao động cụng suất trụng hệ thống điện do sự cố kộo dài hoặc do cắt một số đường dõy trong hệ thống. Hậu quả của việc mất đồng bộ gõy nờn sự dao động cụng suất trong hệ thống cú thể làm mất ổn định kộo theo sự tan ró hệ thống điện, ngồi ra nú cũn tạo ra cỏc ứng suất cơ nguy hiểm trờn một số phần tử của mỏy phỏt. Để phỏt hiện sự cố này cú thể sử dụng nguyờn lý đo tổng trở đầu cực mỏy phỏt.
Trỡnh bày đặc tớnh biến thiờn của mỳt vộctơ tổng trở đo được trờn đầu cực mỏy phỏt trong quỏ trỡnh sự cố và xảy ra dao động điện trong hệ thống. Ơớ chế độ vận hành bỡnh thường, mỳt vộctơ tổng trở nằm ở vị trớ điểm A. khi xảy ra ngắn mạch mỳt vộctơ dịch chuyển từ A đến B, sau khi bảo vệ cắt ngắn mạch vộctơ tổng trở nhảy từ B sang C và nếu xảy ra dao động, mỳt vộctơ ở chu kỡ đầu tiờn sẽ dịch chuyển theo quĩ đạo 2... Hành vi này của vộctơ tổng trở khi cú dao động điện cú thể được phỏt hiện bằng một rơle với đặc tớnh khởi động như trờn hỡnh 1.36. Đặc tớnh khởi động cú dạng hỡnh elớp hoặc thấu kớnh 1 và dạng điện khỏng 2 kết hợp với nhau theo nguyờn lý “và”. Khi cú dao động nếu quỹ đạo của mỳt vộctơ Z đi vào miền khởi đoọng ở điểm M và ra khỏi miền khởi động ở điểm N dưới đặc tuyến 2
cú nghĩa là tõm dao động (tõm điện) nằm trong miền tổng trở của bộ MF-MBA, bảo vệ sẽ tỏc động cắt mỏy phỏt ngay trong chu kỡ dao động đầu tiờn.
Nếu tõm dao động nằm ở phớa hệ thống quỹ đạo của mỳt vộctơ Z sẽ nằm cao hơn đặc tuyến 2, khi ấy bảo vệ sẽ tỏc động cắt sau một số chu kỡ định trước. Trờn hỡnh 1.37 trỡnh bày sơ đồ nguyờn lý của bảo vệ chống trượt cực từ, bảo vệ gồm bộ phận đo khoảng cỏch với đặc tuyến thấu kớnh1 kết hợp với bộ phậnhạn chế theo điện khỏng 2 để giới hạn miền tỏc động từ phớa hệ thống, bộ phận đếm chu kỡ dao động 3 để cắt mỏy phỏt khi sụ chu kỡ đạt trị số đặt trước. Ở phớa cao ỏp của MBA tăng cú đặt thờm bộ phận định hướng cụng suất 4 thực hiện chức năng giống như bộ phận 2 và làm nhiệm vụ dự phũng cho bộ phận này. Thay vỡ đặc tuyến tổng trở kết hợp 1 và2 trờn hỡnh 1.36 người ta cú thể sử dụng đặc tuyến hỡnh chữ nhật như trờn để phỏt hiện dao động điện.
Cụng suất sẽ đổi chiều từ hệ thống vào mỏy phỏt nếu việc cung cấp năng lượng cho Turbine (dầu, khớ, hơi nước hoặc dũng nước...) bị giỏn đoạn. Khi đú mỏy phỏt điện sẽ làm việc như một động cơ tiờu thụ cụng suất từ hệ thống. Nguy hiểm của chế độ này đối với cỏc mỏy phỏt nhiệt điện là Turbine sẽ làm việc ở chế độ mỏy nộn, nộn lượng hơi thừa trong Turbine làm cho cỏnh Turbine cú thể phỏt núng quỏ mức cho phộp. Đối với cỏc mỏy phỏt diezen chế độ này cú thể làm nổ mỏy.
Để bảo vệ chống chế độ cụng suất ngược, người ta kiểm tra hướng cụng suất tỏc dụng của mỏy phỏt. Yờu cầu rơle hướng cụng suất phải cú độ nhạy cao để phỏt hiện được luồng cụng suất ngược với trị số khỏ bộ (thường chỉ bự đắp lại tổn thất cơ của mỏy phỏt trong chế độ này). Với cỏc mỏy phỏt điện Turbine hơi, cụng suất khởi động deltaPkđ bằng:
deltaPkđ = (0,01 - 0,03)Pđm
Với cỏc mỏy phỏt thuỷ điện và Turbine khớ: deltaPkđ = (0,03 - 0,05)Pđm
Để đảm bảo độ nhạy của bảo vệ cho cỏc mỏy phỏt cụng suất lớn, mạch dũng điện của bảo vệ thường được đấu vào lừi đo lường của mỏy biến dũng (thay cho lừi bảo vệ thường dựng cho cỏc thiết bị khỏc). Bảo vệ chống cụng suất ngược thường cú hai cấp tỏc động: cấp 1 với thời gian khoảng (2 - 5) sec sau khi van STOP khẩn cấp làm việc và cấp thứ 2 với thời gian cắt mỏy khoảng vài chục giõy khụng qua tiếp điểm của van STOP
Các từ viết tắt
ĐC Động cơ nói chung