CHƯƠNG 6: CÔNG NGHỆ RƠLE

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực Thời gian đã cho ta chứng kiến những thay đổi to lớn trong công nghệ rơle

Trang 1

II Rơle điện từ (Electromechannical)

III Rơle tĩnh (Static)

IV Rơle kỹ thuật số (Digital)

V Rơle số (Numerical)

VI Tính năng bổ sung của rơle số

VII Các vấn đề về rơle số

Trang 2

1 Khái niệm và giới thiệu

– Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay

đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơle

là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực

– Thời gian đã cho ta chứng kiến những thay đổi to lớn trong

công nghệ rơle

– Mỗi thế hệ rơle đều được cải tiến về kích cỡ, chức năng và

đặc biệt là độ tin cậy không ngừng được nâng cao

Trang 3

- Rơle điện từ (Electromechanical relays)

- Rơle tĩnh (Static relays)

- Rơle kỹ thuật số (Digital relays)

- Rơle số (Numerical relays)

Trang 4

Chương 6: Công nghệ Rơle

II RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)

o Đây là rơle có hình thức sớm nhất được sử dụng để bảo vệ các

hệ thống điện và chúng có từ gần 100 năm

o Loại rơle này làm việc trên nguyên lý điện cơ, lực điện động tác

động làm cơ cấu hoạt động khi có tác động kích thích…

o Cấu tạo gồm:

- Lõi sắt 1 làm khung sườn và mạch tĩnh

- Phần động 2 và là giá mang tiếp điểm 5

- Lò xo 3 kéo phần động 2 luôn cho tiếp điểm 5 hở

- Cuộn dây 4 tạo từ thông



Trang 5

o Nguyên lý hoạt động:

- Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây 4 sẽ sinh ra sức từ động và

từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2

- Từ thông Φ sinh ra lực hút:

- Vì lõi sắt không bão hòa nên:

- Như vậy ta có:

- Nếu thì lõi sắt 2 sẽ bị hút vào lõi sắt 1 dẫn đến tiếp

điểm 5 đóng lại



Trang 6

oRơle điện từ được phân thành nhiều loại khác nhau như:

-Attracted armature (phần ứng bị hút) -Moving coil (cuộn dây động)

-Induction (cảm ứng) -Thermal (nhiệt)

-Motor operated (động cơ) -Mechanical (cơ khí)

oVà trong chương này ta quan tâm vào phần ứng bị hút

Trang 8

 Rơle phần ứng bị hút (Attracted armature)

- Rơle phần ứng bị hút hoạt động bằng sự chuyển động của

một miếng sắt nhờ lực hút nhờ cuộn dây tạo ra

- Cấu tạo của nó thường có một lõi sắt bị hút vào bản lề khi có

dòng điện đi qua cuộn dây tạo ra từ trường giống như một nam châm

- Lực hút của phần ứng:

Với N: số vòng cuộn dây; I: dòng cuộn dây

g: khoảng cách kẻ hở không khí

A: tiết diện mặt và c: từ trở

Trang 9

- Nguồn AC: hoạt động với dòng xoay chiều nên mỗi nữa chu kỳ

từ thông bằng không, làm cho rơle có thể bị rung và gây ra tiếng động Để loại bỏ hiệu ứng này ta phân chia các cực từ bằng một

shading loop (vòng che)

- Nguồn DC: không như nguồn AC, từ thông của nguồn DC luôn tăng

Trang 10

- Một số ứng dụng yêu cầu sử dụng của một rơle phân cực (thêm một nam châm vĩnh cửu gắn với nam châm điện cơ bản) Khi chưa có

dòng điện thì phần ứng đã bị hút 1 phần do nam châm cĩnh cửu

Thời gian hoạt động rất nhanh có thể đạt được tốc độ nhỏ hơn 1ms

Reed Rơle (rơle lưỡi gà) là loại rơle được giảm tải phần ứng và điểm tiếp xúc, điều này đã giúp khả năng hoạt động của nó hoạt động dưới 1ms

Solenoid Rơle là một cuộn

dây hình trụ hoạt động như

một nam châm khi mang

điện

Trang 11

- Nó được giới thiệu vào đầu thập niên 60, thiết kế dựa trên những

thiết bị điện tử tương tự để thay thế lõi sắt và nam châm tạo ra đặc tính của rơle tĩnh

- Mỗi rơle loại này chủ yếu vẫn bị giới hạn trong một loại bảo vệ, vì

thế muốn có nhiều chức năng người ta phải nối nhiều hộp rơle

- Đầu phiên bản sử dụng các thiết bị rời rạc như bóng bán dẫn

(transistor) và diode kết hợp với điện trở, tụ điện, cuộn cảm, vv,…

Trang 12

III RƠLE TĨNH (STATIC)

2 Các mạch cơ bản

a) Mạch thời gian (Timers)

- Mạch thời gian trễ được sử dụng rộng rãi trong rơle và nói chung là các loại kháng năng lực

- Hình bên cạnh là mạch trễ: tụ C được tính theo cấp số nhân

từ một điện áp quy định E thông qua điện trở R

- Thời gian trễ được tính theo công thức

Trang 13

-Thời gian thực hiện để đạt được một điện áp cố định là tỷ lệ thuận

với R, do đó có thể điều chỉnh thời gian trễ

- Ta cũng có thể rút gọn công thức trên như sau:

K: tỷ lệ chiết áp

- Thời gian để V C = V R :

- Và công thức rút gọn được:

Trang 14

b) Máy dò cấp độ (Level detectors)

- Được sử dụng để đo mức điện áp DC khi bị phát hiện vượt

quá mức cài đặt của máy

Trang 15

c) Máy dò phân cực (Polarity detectors)

-Máy dò phân cực được sử dụng khi xác định chính xác các số

không giao nhau trên nguồn AC dạng sóng được yêu cầu

-Các mạch sau thường được sử dụng vì có độ nhạy và độ

chính xác cao

Trang 16

d) Bộ so sánh pha (Phase comparators)

- Bộ so sánh pha được sử dụng để phát hiện khi một pha của đầu vào thứ nhất nhiều hơn hoặc ít hơn 90° ra khỏi giai đoạn với một đầu vào thứ hai

d) Bộ so sánh pha (Phase comparators)

- Bộ so sánh pha được sử dụng để phát hiện khi một pha của đầu vào thứ nhất nhiều hơn hoặc ít hơn 90° ra khỏi giai đoạn với một đầu vào thứ hai

Trang 18

e) Bộ tích phân (Integrators)

- Đây là sơ đồ khối của một mạch so sánh đầy đủ

- Mạch tích phân

Trang 19

IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)

Những rơle kỹ thuật số đầu tiên được

đưa vào sử dụng khoảng những năm

80, và với sự cải thiện không ngừng

khả năng của nó, đến nay rơle kỹ

thuật số vẫn được coi là công nghệ

hiện đại cho rất nhiều ứng dụng

Rơle kỹ thuật số đã có một bước thay đổi lớn trong

công nghệ chế tạo Bộ vi xử lý và vi điều khiển đã

dược sử dụng thay thế mạch analog trong rơle tĩnh

để thực hiện chức năng

Trang 20

• So với rơle tĩnh, rơle kỹ thuật số sử dụng bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi các tín hiệu đo tương tự thành tín hiệu

số và sử dụng một bộ vi xử lý để thực hiện các thuật toán bảo vệ

• Rơle kỹ thuật số có thể thiết lập thông số rộng hơn và

chính xác hơn rơle điện cơ hay rơle tĩnh Nó có thể giao tiếp với các máy tính điều khiển

Trang 21

• Hạn chế của các bộ vi xử lý được sử dụng trong các rơle

kỹ thuật số là về số lượng mẫu đo được trên mỗi chu

kỳ,điều đó đã giới hạn của các Rơle trong các ứng dụng nhất định Do đó, một rơle kỹ thuật số có một chức năng bảo vệ đặc biệt và có thể có một thời gian hoạt động lâu hơn rơle tĩnh tương đương

Trang 22

Trang 23

điều khiển, các thanh ghi

Trang 24

2 Các thiết bị nhập xuất

Bộ vi xử lý liên với bên ngoài thông qua thiết bị nhập xuất

Nó nhận dữ liệu nhị phân và các chỉ thị từ thiết bị nhập và gửi kết quả đã xử lý đến thiết bị xuất

Thiết bị nhập: bàn phím,bộ biến đổi tương tự số…

Thiết bị xuất: dùng để dịch các tín hiệu ở ngõ ra ở dạng

logic sang tín hiệu điện hoặc dạng tương tự (led 7 đoạn,

máy in, bộ biến đổi số tương tự)

Trang 25

Bộ vi xử lý cần có bộ nhớ lưu trữ chương trình và dữ liệu

Bộ nhớ là tập hợp các thanh ghi,mỗi thanh ghi lưu trữ số bit khác nhau

Bộ nhớ bán dẫn có hai loại: ROM và RAM

RAM là bộ nhớ chủ yếu trong máy tính và được gọi là loại

thay đổi được Có 2 loại RAM tĩnh và RAM động

RAM tĩnh sử dụng dễ dàng hơn nhưng giá thành đắt hơn

loại động

RAM động cần thời gian làm tươi bộ nhớ để bảo quản thông tin được lưu trữ

Trang 26

RAM được dùng khi chương trình hoặc dữ liệu đòi hỏi phải được lưu trữ cũng như thay đổi khi cần thiết RAM cũng

được dùng để lưu trữ tín hiệu đo lường dòng áp trong một khoảng thời gian cho mục đích ghi nhận dạng sự cố

ROM được dùng để lưu trữ những chương trình cố định Có các loại ROM sau:

Loại được lập trình sẵn, dữ liệu chương trình được viết vào ROM khi sản xuất

Loại cho phép người dùng lập trình như PROM hoặc loại có thể lập trình rồi xóa như EPROM

EPROM dùng để chứa trị số đặt của rơle

Trang 27

4 Bộ lấy mẫu và giữ

Khi bộ ADC thực hiện chuyển đổi tín hiệu tương tự sang

dạng số phải mất thời gian biến đổi Một mạch lấy mẫu và giử được dùng để giữ giá trị túc thời thay đổi của tín hiệu

tương tự là hằng số trong chu kỳ biến đổi Mạch sẽ có hai chức năng lấy và giữ

Trang 28

• Sự khác biệt giữa rơle kỹ thuật số và rơle số nằm trên

quan điểm độ hoàn thiện về công nghệ chứ không phải ở nguyên lý bảo vệ Có thể xem đây như một sự phát triển

tự nhiên của digital Rơle như một kết quả của sự tiến bộ trong công nghệ

• Thông thường, họ sử dụng một hoặc là một bộ xử lý

chuyên ngành kỹ thuật số tín hiệu (DSP) là phần cứng

máy tính hoặc một vi điều khiển hiệu suất cao,cùng với

các công cụ phần mềm liên quan Các đầu vào tín hiệu

analog được chuyển đổi thành tín hiệu số và điều chế

theo thuật toán thích hợp

Trang 29

• Chi phí vi xử lý và các thiết bị số liên quan (bộ nhớ, cổng

ra vào, ) ngày càng giảm, đã dẫn đến việc tiếp cận công nghệ này theo cách sử dụng một thiết bị phần cứng đơn

để xử lý một lượng lớn các chức năng (‘one-box solution’ approach)

• Sử dụng bộ vi xử lý đa chức năng đã cung cấp cho rơle khả năng tính toán cần thiết đối với một số lượng lớn các chức năng mà trước đây được thực thi trong các phần tử phần cứng riêng biệt Tất cả chỉ gói gọn trong một phần

cứng

• Chính vì vậy chỉ cần một lỗi của rơle số cũng có thể làm cho rất nhiều chức năng bị kéo theo, điều này khác với

Trang 32

có dạng răng cưa cho nên cần phải loại bỏ tín hiệu răng cưa này bằng

bộ lọc sin hoặc cosin

Trang 33

chức năng là để đảm bảo rằng các nhiệm vụ khác được thực hiện khi có yêu cầu, trên một ưu tiên cơ sở

• Phần mềm tác vụ khác sẽ thay đổi tùy theo chức năng

của Rơle cụ thể, nhưng có thể được khái quát như sau:

• a Dịch vụ phần mềm hệ thống - đây là giống như BIOS của một PC thông thường, và điều khiển các cấp thấp I /

O cho các Rơle (tức là trình điều khiển cho phần cứng

Rơle, trình tự khởi động, vv)

Trang 34

• b HMI giao diện phần mềm - phần mềm cấp cao cho

giao tiếp với người sử dụng, thông qua bảng điều khiển phía trước hoặc thông qua một liên kết dữ liệu đến một

máy tính chạy phù hợp phần mềm, lưu trữ các thiết lập

dữ liệu, vv

• c phần mềm ứng dụng - đây là phần mềm định nghĩa

chức năng bảo vệ của Rơle

• d chức năng phụ trợ - phần mềm để thực hiện các tính

năng khác được cung cấp trong các Rơle - thường có

cấu trúc như một loạt các mô-đun để phản ánh các tùy

chọn được cung cấp cho người sử dụng bởi các nhà sản xuất

Trang 35

trong mỗi chế độ làm việc khác nhau như xử

lý các số liệu tương tự, số liệu số, tương tức với người sử dụng, vào ra thông tin, ra quyết định thao tác v.v…

Trang 36

VI TÍNH NĂNG BỔ SUNG RƠLE SỐ

• Bộ xử lí trong của role có công suất tính toán cao hơn

nhu cầu tính toán thực tế

• Tuy nhiên,ta quan tâm tới việc bộ VXL có lúc phải thực

hiện việc tính toán một cách quá tải hay vượt quá khả

năng của chúng vì nếu điều này xảy ra, các thuật toán

bảo vệ sẽ không thực hiện được trong thời gian yêu cầu

và chức năng bảo vệ sẽ bị tổn hại

Trang 37

4 Tổng hợp dữ liệu đầu vào

5 Thời gian đồng bộ hóa

6 Lập trình logic

7 Dự phòng, thiết lập nhóm Rơle

Trang 38

Trang 39

6.1 Hiển thị Các giá trị đo:

• chức năng được thực hiện rõ ràng nhất và đơn giản, vì nó có thời

gian xử lý tín hiệu ít nhất

• các giá trị trong hệ thống điện (được đo đạc bằng các thiết bị như

CT, VT) được đưa vào trong Rơle, tính toán và hiển thị lên màn hình giao tiếp HMI (human – machine intertface)

• Độ chính xác của các giá trị đo chỉ có thể tin cậy được khi các cảm biến hay đầu dò được sử dụng có độ chính xác cao (chất lượng bộ chuyển đổi Analog/Digital của CT, VT, v.v)

Trang 40

6.1 Hiển thị Các giá trị đo:

Các giá trị đo có thể bao gồm:

1) Thứ tự hệ thống (thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không)

2) Công suất thực, công suất phản kháng và hệ số công suất

3) Năng lượng (hữu công kWh,vô công kVArh)

4) Công suất cực đại trong một khoảng thời gian (kW, kVAR, giá

trị trung bình và giá trị cao nhất)5) Số lượng sóng hài

6) Tần số

7) Nhiệt độ / tình trạng RTD (Resistance thermometer – nhiệt kế

điện trở)8) Thông tin khởi động động cơ (thời gian mở máy, ma sát, tổng

thời gian chạy máy…)9) Khoảng cách đến sự cố

Trang 41

Trang 42

6.2 Giám sát trạng thái hoạt động của VT / CT: (tính

toán mức độ hợp lí của các giá trị đo đạc mà VT và CT mang lại)

• Đối với VT: Trong các điều kiện khác nhau, trạng thái hoạt động VT

có thể trở nên lỗi (như đứt dây nối vào VT), theo đó có thể không có tín hiệu VT hoặc đo đạc sai giá trị, điều đó sẽ làm cho VT bị lỗi và

gây ra lỗi hệ thống

• Giám sát CT được thực hiện dễ dàng hơn, nguyên tắc chung là tính toán mức độ dòng điện tại thời điểm đó là không phù hợp với các giá trị tính toán dựa vào điện thế

Trang 43

Trang 44

6.3 Điều khiển máy cắt (CB), Trung tâm điều hành chỉ

định, Giám sát có điều kiện

• Người vận hành hệ thống thường sẽ đòi hỏi trạng thái của tất cả các

bộ phận đóng cắt dưới sự kiểm soát của họ

• Các vị trí của tiếp điểm CB có thể được kết nối với các đầu vào kỹ

thuật số chuyển tiếp và do đó cung cấp các tín hiệu đó cho trung tâm điều hành thông qua các bus truyền thông để điều khiển từ xa

Trang 45

6.3 Điều khiển máy cắt (CB) / trung tâm điều hành chỉ

định /Giám sát có điều kiện

• CB cũng đòi hỏi phải bảo dưỡng định kỳ để ít xảy ra lỗi thiết bị dẫn đến sự cố hoặc cắt sự cố không tốt

• Một rơle số có thể ghi lại tất cả các thông số làm việc và nó được

cấu hình để gửi một cảnh báo khi cần phải bảo trì

• Nếu việc bảo trì không được thực hiện theo tiêu chuẩn quy định

(chẳng hạn như vượt quá số lần đóng cắt quy định) thì việc bảo trì là cần thiết, CB sẽ bị khóa một số chức năng, và cách li ra khỏi hệ

thống

Trang 46

6.3 Điều khiển máy cắt (CB) / trung tâm điều hành Chỉ

định /Giám sát có điều kiện

• Rơle số cũng có thể theo dõi trạng thái các tiếp điểm của nó Nó có thể phát hiện ra những sự cố của tiếp điểm để mở hoặc đóng khi có yêu cầu Thông tin về sự cố đó có thể được sử dụng để báo động và

để cung cấp tín hiệu đến các thiết bị khác ở nơi đầu hệ thống để gửi đi

• Cuối cùng, nếu như máy cắt cắt mạch theo yêu cầu trong điều kiện

có sự cố, sau đó nó sẽ xuất ra một tính hiệu Digital báo rằng CB đã cắt, để chắc chắn rằng CB đã cắt sự cố

Định dạng
Số trang	66
Dung lượng	1,56 MB