2.3.4.1. Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613.
Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chớnh cho mỏy biến ỏp 3 cuộn dõy hoặc mỏy biến ỏp tự ngẫu ở tất cả cỏc cấp điện ỏp. Rơle này cũng cú thể dựng để bảo vệ cho cỏc loại mỏy điện quay như mỏy phỏt điện, động cơ, cỏc đường dõy ngắn hoặc cỏc thanh cỏi cỡ nhỏ (cú từ 3-5 lộ ra). Cỏc chức năng khỏc được tớch hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự phũng như bảo vệ quỏ dũng, quỏ tải nhiệt, bảo vệ quỏ kớch thớch, chống hư hỏng mỏy cắt. Bằng cỏch phối hợp cỏc chức năng tớch hợp trong 7UT613 cú thể đưa ra phương thức bảo vệ phự hợp và kinh tế đối với đối tượng cần bảo vệ khi chỉ cần sử dụng một rơle. Đõy là quan điểm chung để chế tạo cỏc rơle số hiện đại ngày nay.
Đặc điểm của rơle 7UT613
- Rơle 7UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bớt.
- Thực hiện xử lý hoàn toàn tớn hiệu số từ đo lường, lấy mẫu, số hoỏ cỏc đại lượng đầu vào tương tự đến việc xử lý tớnh toỏn và tạo cỏc lệnh, cỏc tớn hiệu đầu ra.
- Cỏch li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bờn trong của 7UT613 với cỏc mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do cỏc cỏch sắp xếp đầu vào
tương tự của cỏc bộ chuyển đổi, cỏc đầu vào, đầu ra nhị phõn, cỏc bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC.
- Hoạt động đơn giản, sử dụng panel điều khiển tớch hợp hoặc mỏy tớnh cỏ nhõn sử dụng phần mềm DIGSI .
Giới thiệu cỏc chức năng bảo vệ được tớch hợp trong rơle 7UT613. - Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp:
Đõy là chức năng bảo vệ chớnh của rơle 7UT613.
• Đặc tớnh tỏc động cú hóm của rơle.
• Cú khả năng ổn định đối với quỏ trỡnh quỏ độ gõy ra bởi cỏc hiện tượng quỏ kớch thớch mỏy biến ỏp bằng cỏch sử dụng cỏc súng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5.
• Cú khả năng ổn định đối với cỏc dũng xung kớch dựa vào cỏc súng hài bậc hai.
• Khụng phản ứng với thành phần một chiều và bóo hoà mỏy biến dũng.
• Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dũng sự cố lớn.
- Bảo vệ so lệch cho mỏy phỏt điện, động cơ điện, đường dõy ngắn hoặc thanh gúp cỡ nhỏ.
- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF). - Bảo vệ so lệch trở khỏng cao.
- Bảo vệ chống chạm vỏ cho mỏy biến ỏp. - Bảo vệ chống mất cõn bằng tải.
- Bảo vệ quỏ dũng đối với dũng chạm đất. - Bảo vệ quỏ dũng một pha.
- Bảo vệ quỏ tải theo nguyờn lớ hỡnh ảnh nhiệt. - Bảo vệ quỏ kớch thớch.
- Bảo vệ chống hư hỏng mỏy cắt.
Ngoài ra rơle 7UT613 cũn cú cỏc chức năng sau:Đúng cắt trực tiếp từ bờn ngoài: Rơle nhận tớn hiệu từ ngoài đưa vào thụng qua cỏc đầu vào nhị phõn. Sau khi xử lớ thụng tin, rơle sẽ cú tớn hiệu phản hồi đến cỏc đầu ra, cỏc đốn LED…
• Cung cấp cỏc cụng cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle.
• Cho phộp người dựng xỏc định cỏc hàm logic phục vụ cho cỏc phương thức bảo vệ.
- Chức năng theo dừi, giỏm sỏt:
• Liờn tục tự giỏm sỏt cỏc mạch đo lường bờn trong, nguồn điện của rơle, cỏc phần cứng, phần mềm tớnh toỏn của rơle với độ tin cậy cao.
• Liờn tục đo lường, tớnh toỏn và hiển thị cỏc đại lượng vận hành lờn màn hỡnh hiển thị (LCD) mặt trước rơle.
• Ghi lại, lưu giữ cỏc số liệu, cỏc sự cố và hiển thị chỳng lờn màn hỡnh hoặc truyền dữ liệu đến cỏc trung tõm điều khiển thụng qua cỏc cổng giao tiếp.
• Giỏm sỏt mạch tỏc động ngắt.
2.3.4.2. Một số thụng số kỹ thuật của rơle 7UT613 * Mạch đầu vào
- Dũng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A ( cú thể lựa chọn được) - Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz ( cú thể lựa chọn được) - Cụng suất tiờu thụ đối với cỏc đầu vào: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Với Iđm= 1A ≈ 0.3 VA + Với Iđm= 5A ≈ 0.55 VA + Với Iđm= 0.1A ≈ 1 mVA - Khả năng quỏ tải về dũng:
+ Theo nhiệt độ ( trị hiệu dụng): Dũng lõu dài cho phộp: 4.Iđm
Dũng trong 10s: 30.Iđm
Dũng trong 1s: 100.Iđm
+ Theo giỏ trị dũng xung kớch: 250Iđmtrong1/2 chu kỡ
- Khả năng quỏ tải về dũng điện cho đầu vào chống chạm đất cú độ nhạy cao:
Dũng trong 10s : 100A Dũng trong 1s : 300A + Theo giỏ trị dũng xung kớch: 750A trong1/2 chu kỡ
Hỡnh 2.15. Sơ đồ cấu trỳc phần cứng của rơle bảo vệ so lệch UT613
- Điện ỏp cung cấp định mức:
+ Điện ỏp một chiều: 24 đến 48V 60 đến 125V 110 đến 250V + Điện ỏp xoay chiều: 115V ( f=50/60Hz) 230V
- Khoảng cho phộp : - 20% ữ +20% (DC) ≤ 15% (AC)
* Đầu vào nhị phõn - Số lượng : 5 - Điện ỏp danh định : 24 ữ 250V (DC) - Dũng tiờu thụ : 1,8mA - Điờn ỏp lớn nhất cho phộp: 300V (DC) * Đầu ra nhị phõn
- Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh bỏo
- Khả năng đúng cắt: Đúng: 1000W/VA
Cắt: 30 W/VA Cắt với tải là điện trở: 40W Cắt với tải là L/R ≤ 50ms: 25W
- Điện ỏp đúng cắt: 250V
- Dũng đúng cắt cho phộp: 30A cho 0,5s
5A khụng hạn chế thời gian
* Đốn tớn hiệu LED
- 1 đốn màu xanh bỏo rơle đó sẵn sàng làm việc - 1 đốn màu đỏ bỏo sự cố xảy ra trong rơle
- 14 đốn màu đỏ khỏc phõn định tỡnh trạng làm việc của rơle
Việc cài đặt và chỉnh định cỏc thụng số, cỏc chức năng bảo vệ trong rơle 7UT613 được thực hiện theo hai cỏch sau:
Bằng bàn phớm ở mặt trước của rơle.
Bằng phần mềm điều khiển rơle DIGSI 4 cài đặt trờn mỏy tớnh thụng qua cỏc cổng giao tiếp.
Rơle của hóng Siemens cú cỏc thụng số trạng thỏi và chức năng bảo vệ đuợc cài đặt theo cỏc địa chỉ, tức là đối với mỗi chức năng, thụng số cụ thể sẽ ứng với một địa chỉ nhất định, mỗi địa chỉ lại cú những lựa chọn để cài đặt như sau:
Bảng 2.3. Cài đặt thụng số rơle 7UT613
Địa chỉ
Cỏc lựa chọn Cài đặt Nội dung
105 3 phase Transformer 1 phase Transformer Autotransformer Generator/Motor 3 phase Busbar 1 phase Busbar 3phase Transformer Chọn đối tượng được bảo vệ: mỏy biến ỏp ba pha 112 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ so lệch
113 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ chạm đất hạn chế 142 Disable Enable Enable Bật chức năng bảo vệ quỏ tải nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4.4. Chức năng bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp của rơle 7UT613
Để đảm bảo bảo vệ so lệch tỏc động chắc chắn khi cú sự cố bờn ngoài ta cần chỉnh định cỏc trị số tỏc động cho phự hợp với yờu cầu cụ thể. Rơle 7UT613 được sử dụng cú đường đặc tớnh tỏc động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả món cỏc yờu cầu bảo vệ .
Theo hỡnh vẽ đường đặc tớnh tỏc động gồm cỏc đoạn:
Hỡnh 2.16. Sơ đồ nguyờn lý bảo vệ so lệch dũng điện trong UT613.
- Đoạn a: Biểu thị giỏ trị dũng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ ( địa chỉ 1221), với mỗi mỏy biến ỏp xem như hằng số. Dũng điện này phụ thuộc dũng điện từ hoỏ mỏy biến ỏp.
7UT612 Phía sơ cấp
IL1S2 Phía sơ cấp IL2S2 IL1S1 IL2S1 IL3S2 IL3S1 L1 L2 L3 L3 L2 L1 P2 P1 S2 S1 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 15 30 14 29 13 28 S2 S1 P1 P2 9 8 7 24 23 22
- Đoạn b: Đoạn đặc tớnh cú kể đến sai số biến đổi của mỏy biến dũng và sự thay đổi đầu phõn ỏp của mỏy biến ỏp. Đoạn b cú độ dốc SLOPE 0,25 (địa chỉ 1241) với điểm bắt đầu là BASE POINT 0 (địa chỉ 1242).
- Đoạn c: Đoạn đặc tớnh cú tớnh đến chức năng khoỏ bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bóo hoà khụng giống nhau ở cỏc mỏy biến dũng. Đoạn c cú độ dốc SLOPE 0,5 (địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu BASE POINT 0,5 (địa chỉ 1244).
IDIFF I N I IDIFF IN DIFF I Vùng tác động Vùng khoá Vùng hãm bổ sung
Hỡnh 2.17. Đặc tớnh tỏc động của rơle UT613
- Đoạn d: Là giỏ trị dũng điện khởi động ngưỡng cao IDIFF>> của bảo vệ ( địa chỉ 1231). Khi dũng điện so lệch ISL vượt quỏ ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tỏc động khụng cú thời gian mà khụng quan tõm đến dũng điện hóm IH và cỏc súng hài dựng để hóm bảo vệ. Qua hỡnh vẽ ta nhận thấy, đường đặc tớnh sự cố luụn nằm trong vựng tỏc động. Cỏc dũng điện ISL và IH được biểu diễn trờn trục toạ độ theo hệ tương đối định mức. Nếu toạ độ điểm hoạt động ( ISL, IH) xuất hiện gần đặc tớnh sự cố sẽ xảy ra tỏc động.
Vựng hóm bổ sung:
Đõy là vựng hóm khi mỏy biến dũng bóo hoà. Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vựng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu dũng điện ngắn mạch lớn làm cho mỏy biến dũng bóo hoà mạnh. Hằng số thời gian của hệ thống dài, hiện tượng này khụng xuất hiện khi xảy ra sự cố trong vựng bảo vệ. Cỏc giỏ trị đo được bị biến dạng được nhận ra trong cả thành phần so lệch cũng như thành phần hóm. Hiện tượng bóo hoà mỏy biến dũng dẫn đến dũng điện so lệch đạt trị số khỏ lớn, đặc biệt khi mức độ bóo hoà của cỏc mỏy biến dũng là khỏc nhau. Tại thời gian đú nếu điểm hoạt động (IH, ISL) rơi vào vựng tỏc động thỡ bảo vệ sẽ tỏc động nhầm. Rơle 7UT613 cung cấp chức năng tự động phỏt hiện hiện tượng bóo hoà và sẽ tạo ra vựng hóm bổ xung. Sự bóo hoà của mỏy biến dũng trong suốt thời gian xảy ra ngắn mạch ngoài được phỏt hiện bởi trị số dũng hóm cú giỏ trị lớn hơn. Trị số này sẽ di chuyển điểm hoạt động đến vựng hóm bổ sung giới hạn bởi đoạn đặc tớnh b và trục IH (khỏc với 7UT513).
Từ hỡnh vẽ nhận thấy:
Tại điểm bắt đầu xảy ra sự cố A, dũng sự cố tăng nhanh sẽ tạo nờn thành phần hóm lớn, BI lập tức bị bóo hoà (B). Thành phần so lệch được tạo thành và thành phần hóm giảm xuống kết quả là điểm hoạt động (ISL, IH) cú thể chuyển dịch sang vựng tỏc động (C).
Ngược lại, khi sự cố xảy ra trong vựng bảo vệ, dũng điện so lệch đủ lớn, điểm hoạt động ngay lập tức dịch chuyển dọc theo đường đặc tớnh sự cố. Hiện tượng bóo hoà mỏy biến dũng được phỏt hiện ngay trong 1/4 chu kỳ đầu xảy ra sự cố, khi sự cố ngoài vựng bảo vệ được xỏc định. Bảo vệ so lệch sẽ bị khoỏ với lượng thời gian cú thể điều chỉnh được. Lệnh khoỏ được giải trừ ngay khi điểm hoạt động chuyển sang đường đặc tớnh sự cố. Điều này cho phộp phõn tớch chớnh xỏc cỏc sự cố liờn quan đến mỏy biến ỏp. Bảo vệ so lệch làm việc chớnh xỏc và tin cậy ngay cả khi BI bóo hoà.
Vựng hóm bổ sung cú thể hoạt động độc lập cho mỗi pha được xỏc định bằng việc chỉnh định cỏc thụng số, chỳng được sử dụng để hóm pha bị sự cố hoặc cỏc pha khỏc hay cũn gọi là chức năng khoỏ chộo.
+ Chức năng hóm theo cỏc súng hài
Khi đúng cắt mỏy biến ỏp khụng tải hoặc khỏng bự ngang trờn thanh cỏi đang cú điện cú thể xuất hiện dũng điện từ hoỏ đột biến. Dũng đột biến này cú thể lớn gấp nhiều lần Iđm và cú thể tạo thành dũng điện so lệch. Dũng điện này cũng xuất hiện khi đúng mỏy biến ỏp làm việc song song với mỏy biến ỏp đang vận hành hoặc quỏ kớch thớch mỏy biến ỏp.
Phõn tớch thành phần đột biến này, ta thấy cú một thành phần đỏng kể súng hài bậc hai, thành phần này khụng xuất hiện trong dũng ngắn mạch. Do đú người ta tỏch thành phần hài bậc hai ra để phục vụ cho mục đớch hóm bảo
vệ so lệch. Nếu thành phần hài bậc hai vượt quỏ ngưỡng đó chọn, thiết bị bảo vệ sẽ bị khoỏ lại.
Bờn cạnh súng hài bậc hai, cỏc thành phần súng hài khỏc cũng cú thể được lựa chọn để phục vụ cho mục đớch hóm như: thành phần hài bậc bốn thường được phỏt hiện khi cú sự cố khụng đồng bộ, thành phần hài bậc ba và năm thường xuất hiện khi mỏy biến ỏp quỏ kớch thớch. Hài bậc ba thường bị triệt tiờu trong mỏy biến ỏp cú cuộn tam giỏc nờn hài bậc năm thường được sử dụng hơn. Bộ lọc kĩ thuật số phõn tớch cỏc súng vào thành chuỗi Fourier và khi thành phần nào đú vượt quỏ giỏ trị cài đặt, bảo vệ sẽ gửi tớn hiệu tới cỏc khối chức năng để khoỏ hay trễ.
Tuy nhiờn bảo vệ so lệch vẫn làm việc đỳng khi mỏy biến ỏp đúng vào một pha bị sự cố, dũng đột biến cú thể xuất hiện trong pha bỡnh thường. Đõy gọi là chức năng khoỏ chộo.
IREST N I IDIFF IN DIFF Vùng tác động Vùng khoá Vùng hãm bổ sung I
Hỡnh 2.18. Đặc tớnh hóm của rơle UT613.
2.3.4.5. Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT.
Đõy chớnh là bảo vệ so lệch dũng điện thứ tự khụng. Chức năng REF dựng phỏt hiện sự cố trong mỏy biến ỏp lực cú trung điểm nối đất. Vựng bảo vệ là vựng giữa mỏy biến dũng đặt ở dõy trung tớnh và tổ mỏy biến dũng nối theo sơ đồ bộ lọc dũng điện thứ tự khụng đặt ở phớa đầu ra của cuộn dõy nối hỡnh sao của mỏy biến ỏp.
* Nguyờn lớ làm việc của REF trong rơle 7UT613.
Bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF sẽ so sỏnh dạng súng cơ bản của dũng điện trong dõy trung tớnh ( ISP) và dạng súng cơ bản của dũng điện thứ tự khụng tổng ba pha. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4.6. Chức năng bảo vệ quỏ dũng của rơle 7UT613.
Rơle 7UT613 cung cấp đầy đủ cỏc loại bảo vệ quỏ dũng như: - Bảo vệ quỏ dũng cắt nhanh, cú trễ hoặc khụng trễ
- Bảo vệ quỏ dũng thứ tự khụng cắt nhanh, cú trễ hoặc khụng trễ
- Bảo vệ quỏ dũng cú thời gian, đặc tớnh thời gian độc lập hay phụ thuộc.
Hỡnh 2.19. Nguyờn lý bảo vệ chống hạn chế của rơle UT613
- Bảo vệ quỏ dũng thứ tự khụng cú thời gian, đặc tớnh thời gian độc lập hay phụ thuộc.
Loại bảo vệ quỏ dũng, quỏ dũng thứ tự khụng cú đặc tớnh thời gian phụ thuộc của 7UT613 cú thể hoạt động theo cỏc chuẩn đường cong của IEC, ANSI và IEEE hoặc theo đường cong do người dựng tự thiết lập.
2.3.4.7. Chức năng bảo vệ chống quỏ tải.
Rơle 7UT613 cung cấp hai phương phỏp bảo vệ chống quỏ tải:
- Phương phỏp sử dụng nguyờn lớ hỡnh ảnh nhiệt theo tiờu chuẩn IEC 60255-8. Đõy là phương phỏp cổ điển, dễ cài đặt.
- Phương phỏp tớnh toỏn theo nhiệt độ điểm núng và tỉ lệ già hoỏ theo tiờu chuẩn IEC 60354. Người sử dụng cú thể đặt đến 12 điểm đo trong đối tượng được bảo vệ qua 1 hoặc 2 hộp RTD (Resistance Temperature Detector) nối với nhau. RTD-box 7XV566 được sử dụng để thu nhiệt độ của điểm lớn nhất. Nú chuyển giỏ trị nhiệt độ sang tớn hiệu số và gửi chỳng đến cổng hiển thị.Thiết bị tớnh toỏn nhiệt độ của điểm núng từ những dữ liệu này và chỉnh định đặc tớnh tỉ lệ. Khi ngưỡng đặt của nhiệt độ bị vượt quỏ, tớn hiệu ngắt hoặc cảnh bỏo sẽ được phỏt ra. Phương phỏp này đũi hỏi phải cú thụng tin đầy đủ về đối tượng được bảo vệ: đặc tớnh nhiệt của đối tượng, phương thức làm mỏt.
Ngoài chức năng theo chế độ nhiệt như trờn, rơle 7UT613 cũn chống quỏ tải theo dũng, tức là khi dũng điện đạt đến ngưỡng cảnh bỏo thỡ tớn hiệu