NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE (F5051)

RELAY BÁO LỖI CHẠM ĐẤT VÀ QUÁ DÒNG (51,51N)Relay báo sự cố chạm đất và quá dòng kết hợp được sử dụng trong các phần tửbảo vệ sự cố chạm đất và ngắn mạch của các đầu dây ra trong hệ thống nguồn tổng trở chạm đất hay điện trở nối đất liên tục.Relay báo sự cố chạm đất và quá dòng kết này cũng được sử dụng trong các ứngdụng cần có các phần tử bảo vệ quá dòng ba pha, hai pha hay một pha và các phần tử bảo vệ sự cố chạm đất không định hướng.Dòng điện định mức (In) : 1A hoặc 5A Dòng khởi động I> : 0,5…5 x In Thời gian vận hành t> : 0,05…300s Dòng khởi động I>> : 0,5…40 x In Thời gian vận hành t>> : 0,04…300s Dòng khởi động I0> : 0,1…0,8 x In Thời gian vận hành t0> : 0,05…300s Năng lượng tiếp điểm ngõ ra : 250Vacdc, 5A Điện áp điều khiển đang khoá : 80…265Vac; 18…265Vdc Nguồn cung cấp phụ : 80…265Vacdc.

CHƯƠNG 2 RELAY BÁO LỖI CHẠM ĐẤT

VÀ QUÁ DÒNG (51,51N)

2.1 GIỚI THIỆU RELAY

Relay báo sự cố chạm đất và quá dòng kết hợp được sử dụng trong các phần tử bảo vệ sự cố chạm đất và ngắn mạch của các đầu dây ra trong hệ thống nguồn tổng trở chạm đất hay điện trở nối đất liên tục

Relay bảo vệ tích hợp một bộ báo quá dòng dây pha và một bộ báo sự cố chạm đất với những tín hiệu truyền và ngắt rất linh hoạt

Relay báo sự cố chạm đất và quá dòng kết này cũng được sử dụng trong các ứng dụng cần có các phần tử bảo vệ quá dòng ba pha, hai pha hay một pha và các phần tử bảo vệ sự cố chạm đất không định hướng

Nó cũng có các đặc điểm của những phần tử bảo vệ sự cố máy cắt

- Năng lượng tiếp điểm ngõ ra : 250Vac/dc, 5A

- Điện áp điều khiển đang khoá : 80…265Vac; 18…265Vdc

- Nguồn cung cấp phụ : 80…265Vac/dc

o dòng điện

ay tác độngheo ứng dụ

g điện pha v

uá dòng kKhi thời gitoán của đquá dòng

bộ quá dòđộng cài đđộng

ng báo sự c

ẽ gởi một t

nh thời giangược trôi

vượt quá ghởi động vian vận hàđặc tính thhoạt động òng sẽ gởi đặt bị vượt

cố chạm đấ

ín hiệu sau

n độc lập

i qua thì bmức đặt cao

quá dòng k

vệ Bộ báodòng trung

ắt máy cắt,

ức năng cấu

giá trị đặt ở

và truyền mành đặt củahời gian vậ Tương tựmột tín hiquá Khi t

ất vượt quá

u khoảng thhay thời g

ộ báo lỗi s

o của bộ bá

kết hợp là m

o quá dòng tính của t, tự đóng l

u tạo relay

ở giai đoạn một tín hiệ

a đặc tính t

ận hành ng

ự như thế, iệu sau khothời gian v

á giá trị càhời gian làgian vận hà

sự cố chạm

áo sự cố ch

một relay t

g ba pha vàthiết bị đượ

ại, báo lỗi

thấp I > (g

ệu khởi độthời gian được (thời dòng điện oảng thời g

ận hành đặ

i đặt ban đ

à 60ms Khành tính to

m đất hoạt đhạm đất sẽ

thứ cấp đư

à bộ báo sựược bảo vệqua chuôn

giai đoạn bộng sau khđộc lập haygian phụ tcắt nhanh gian vận h

ặt trôi qua

đầu I0> thì

hi thời gianoán của đặcđộng Tươgởi một tí

ợc nối với

ự cố chạm Khi phát

ng, lưu trữ

bảo vệ cực hoảng thời

y thời gian thuộc) trôi

I >> (giai hành 40ms thì bộ báo

bộ báo sự

n vận hành

c tính thời ơng tự như

n hiệu sau

Giai đoạn đặt cấp thấp của bộ báo quá dòng và bộ báo lỗi chạm đất sẽ cho ta đặt tính thời gian độc lập hay đặc tính thời gian phụ thuộc nhỏ nhất (IDMT) Khi đặc tính IDMT được chọn với thời gian là 6T thì dạng sóng dòng điện xuất hiện Thời gian 4T của dạng sóng tuân theo tiêu chuẩn BS 142 và IEC 255 và được gọi là “đặc tính đảo ngược bình thường ”, “đặc tính rất dốc ”, “đặc tính cực kỳ dốc ”, “đặc tính thời gian dài ” Hai dạng sóng thời gian đảo ngược phụ được gọi là “đặc tính RI ” và “đặc tính RXIDG ”

Với những cấu hình tương thích của các ngõ ra relay, tính hiệu khởi động của bộ báo quá dòng và bộ báo sự cố chạm đất được thu lại như là những tiếp điểm Tín hiệu khởi động được sử dụng cho những relay bảo vệ đang khoá, cho việc truyền tính hiệu

và cho quá trình bắt đầu tự đóng lại

Relay bao gồm một ngõ vào số bên ngoài do một điện áp bên ngoài điều khiển Chức năng của ngõ vào điều khiển được xác định bằng cách cài đặt các thông số SGR , SGB trong module relay bảo vệ Ngõ vào điều khiển có thể được sử dụng khoá chức năng hoạt động của một hay nhiều giai đoạn bảo vệ, mở các ngõ ra đang đóng trong tín hiệu điều khiển bằng tay hoặc là đặt các thông số mới cho relay bằng bộ điều khiển

từ xa

H

2.2.1 SƠ ĐỒ NỐI DÂY

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây của module relay báo lỗi chạm đất và quá dòng kết hợp

SGR3/2

SGR3/8 SGR3/6

SGR1/3 SGR1/7

SGR1/4

SGR3/7

SGR1/1 SGR1/5

điều khiển hay tín hiệu khoá

hoặc SPTU 48R1

module nối đường truyền

định mức của mạch thứ cấp CT là In = 5A Khi dòng định mức của mạch thứ cấp CT là In

= 1A thì cực 1 – 3, 4 – 6, và 7 – 9 được sử dụng Relay cũng được sử dụng trong các thiết

bị ứng dụng một pha hoặc hai pha bằng cách không nối một hay hai ngõ vào phát Trong các ứng dụng một pha, dòng điện phát ra được đưa đến hai ngõ vào phát, điều này sẽ làm tăng tốc độ xử lý của bộ báo quá dòng, đặc biệt là trong suốt quá trình vận hành tức thời

Dòng điện phát ra của bộ báo sự cố được nối với cực 25 – 26 khi dòng điện định mức In = 5A và đến cực 25 – 27 khi dòng điện định mức In = 1A

Ngõ vào điều khiển 10 – 11 có thể được sử dụng trong ba trường hợp khác nhau như là:

Những chức năng theo yêu cầu được lập trình bằng nhóm công tắc SGB trong menu chính relay bảo vệ

Điện áp cung cấp phụ của relay được nối đến cực 61 – 62 Trong nguồn cung cấp một chiều, cực dương nguồn điện được đưa đến điểm 61 Mức điện áp được sử dụng cho các cực tuỳ thuộc vào loại nguồn cung cấp và module gõ ra được cài bên trong relay Ngõ ra A đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hầu hết các máy cắt Tín hiệu vận hành của các giai đoạn bảo vệ khác nhau được nối với ngõ ra ngắt của relay thông qua công tắc 2, 4, 6 và 8 của nhóm công tắc SGR1 Trong quá trình tiếp nhận tín hiệu từ máy, tất cả các giai đoạn bảo vệ được nối đến ngõ ra ngắt TRIP của relay Việc cài đặt ngõ ra A có thể được thực hiện bằng công tắc 6 và 7 của nhóm công tắc SGB Ngõ ra C và B được sử dụng cho việc truyền tín hiệu vận hành của module relay Tín hiệu nối vối ngõ ra B và C được thực hiện bằng công tắc 1…8 của nhóm công tắc SGR2 Quá trình thiết lập các công tắc cho tín hiệu vận hành đến ngõ ra B và C được xác định Bình thường ngõ ra B được sử dụng cho việc truyền tín hiệu vận hành của bộ báo quá dòng và ngõ ra C được sử dụng cho việc truyền tín hiệu vận hành của bộ báo sự cố chạm đất Đây cũng là quá trình cài đặt mặc định của relay trong quá trình thiết lập từ máy

đến ngõ ra D được thực hiện bằng công tắc 1, 3, 5 và 7 của nhóm công tắc SGR1, là một nhóm công tắc lập trình được tìm thấy trong menu chính của module relay Tín hiệu khởi động của giai đoạn và cắt nhanh của bộ báo quá dòng được thực hiện bằng công tắc 1 và

3, tín hiệu khởi động của giai đoạn thấp và cao của bộ báo sự cố chạm đất được thực hiện bằng công tắc 5 và 7

Ngõ ra E là một ngõ ra có tầm quan trọng như ngõ ra A, nó được điều khiển bằng

ngõ ra ngắt TRIP cho các phần tử bảo vệ sự cố máy cắt (CBFP) khi bảo vệ CBFP được sử dụng Trong trường hợp này tín hiệu ngắt TRIP vừa được sử dụng điều khiển máy cắt vừa điều khiển một cuộn dây ngắt thứ hai trên máy cắt chính tăng khả năng dự trữ của máy cắt

Ngõ ra F có chức năng giống như ngõ ra dùng trong hệ thống tự giám sát của relay ngõ ra này được phát dưới điều kiện làm việc bình thường và tiếp điểm 70 – 72 đóng lại Nếu hệ thống tự giám sát phát hiện một sự cố hoặc là mức nguồn phụ thì tín hiệu ngõ ra relay sẽ trở về trạng thái cũ và tiếp điểm NO 71 – 72 đóng lại

truyền cáp quang SPA một dây nối 9 cực loại D đặt trên mép bảng điều khiển của relay Các cực cáp sợi quang được nối đến các cực của bộ đếm Rx (bộ nhận) và (bộ chuyển đổi) của module đường truyền Cáp sợi quang được nối từ relay này đến relay khác và đến trạm thông tin phụ, chẳng hạn như là loại SRIO 1000M

2.2.2 SƠ ĐỒ TÍN HIỆU

Hình bên dưới minh họa các tín hiệu ngắt TRIP, khởi động, điều khiển và tín hiệu đang khoá có cấu trúc như thế nào để thu nhận các chức năng bảo vệ theo yêu cầu

Chức năng của các tín hiệu đang khoá và khởi động được thực hiện bằng các công tắc của nhóm công tắc SGF, SGB và SGR Tổng kiểm tra của các nhóm công tắc được tìm thấy trong phần menu cài đặt của module relay bảo vệ

SGR3/5 SGR1/5 SGR2/5 SGR2/6 SGR1/6 SGR3/7 SGR3/8 SGR2/7 SGR2/8 SGR1/8

RELAY RESET REDUCED BLOCK DIAGRAM SPCJ 4D29

: T: T: T: T: Sự

NH

áo lỗi chạm

c gia đoạnvẫn còn sánđoạn bảo vệ

h được chỉ t

ín hiệu ngắ

ín hiệu ngắđóng lại năng

vàng Ví dụ nếu chỉ thị TRIP sáng đỏ và đèn chỉ thị IL1 và IL2 cùng sáng lên thì lúc đó xảy

ra hiện tượng quá dòng trên pha L1 và L2

trái của màn hình biểu thị cho các đèn vận hành Một giai đoạn vận hành được chỉ thị khi chỉ một mình đèn màu đỏ bật lên

Bảng chức năng vận hành trên bảng điều khiển relay là một bảng giải thích các số mật mã chức năng được sử dụng:

I> TRIP = Giai đoạn thấp I> của bộ báo quá dòng hoạt động

I>> START = Giai đoạn cao I>> của bộ báo quá dòng khởi động

I>> TRIP = Giai đoạn cao I>> của bộ báo quá dòng hoạt động

I0>> STAR = Giai đoạn cao I0>> của bộ báo sự cố chạm đất hoạt động CBFB = Phần tư bảo vệ sự cố máy cắt hoạt động

Đèn chỉ thị TRIP vẫn tồn tại các giai đoạn bảo vệ quay lại trạng thái bình thường, đèn chỉ thị bị tắt khi ta nhấn nút RESET/STEP

Ngoài ra đèn chỉ thị có thể tắt thông qua ngõ vào điều khiển bên ngoài 10 – 11 bằng cách đưa một điện áp điều khiển đến ngõ vào tới công tắt SGB/8 ở vị trí

Chức năng cơ bản của relay bảo vệ là không phụ thuộc vào tình trạng hoạt động của các chỉ thị, xoá bỏ hay không xoá bỏ Relay phải luôn hoạt động tốt

Nếu một giai đoạn bảo vệ khởi động nhưng không hoạt động vì dòng khởi động thấp hơn giá trị dòng điện đặt khởi động trước khi thời gian vận hành của mạch hết thì đèn chỉ thị khởi động bình thường tự động tắt Tuy nhiên nhóm công tắc SGF2/1…4 nếu cài đặt ở mức cao thì đèn chỉ thị vẫn còn sáng, ta chỉ tắt bằng tay thông qua nút nhấn RESET/STEP

hệ thống tự

hỉ thị IRF shững sự cố

le nguồn ph

ng điện áp

ule Cầu chìxanh chỉ U

aux 0…265Vac

ằng tay củaằng tay củaằng tay củaằng tay củathông tin v

ự giám sát báng lên và

ố đó thì mã

mã số màEP/RESET

h thống kê v

UNG CẤP

Hình 2.5 Mo

g cần bảo điện áp, có

hụ này có Module n

bên trong pngõ ra rela

gõ ra điện mặt trước kh

n tử bên trođược bảo v

t hiện trên

cho relay

để cung cấ

a sau bản đong để kiểm

vệ bởi mộtiều có các sáng cho b

+12V

- 12V+24V

c SGF2/1…

cố bên tron

ám sát hoạmàn hình

Mã lỗi vẫnmàn hình t

ấp điện áp

điều khiển

m soát ngõ

t cầu chì Fcấp: +24 Vbiết module

Ngõ ra củcho phép t

õ ra khi ngF1, nằm trê

phụ đang hoạt động Module này có mạch điện tử để giám sát điện áp cung cấp nguồn phụ Nếu điện áp thứ cấp quá thấp hay quá cao so với giá trị định mức của nó, nó sẽ được tạo ra tín hiệu báo Tín hiệu này cũng tác động khi module mất nguồn cung cấp

2.2.6 THÔNG SỐ TIẾP ĐIỂM NGÕ RA

Ngõ ra ngắt

Dòng liên tục 5A

Công suất lớn nhất cho mạch một chiều

khi thời gian mạch không đổi L/R  40ms

Tiếp điểm truyền tín hiệu

77 – 78, 80 – 81

Dòng thực hiện trong 0,5s 10A

Công suất lớn nhất cho mạch một chiều khi thời gian mạch không đổi L/R  40ms, tại các

Ngõ vào điều khiển bên ngoài

Ngõ vào đang khoá, ngõ vào đang xoá và cài đặt từ xa 10 – 11

Module ngõ ra relay và nguồn cung cấp

2.2.7 BỘ BÁO QUÁ DÒNG SPCJ4D29

Giai đoạn quá dòng cực đại I>

Dòng khởi động

Dốc thời gian dài

Đặc tính phụ thuộc loại đặc biệt

Đặc tính dòng điện/thời gian

Tại đặc tính thời gian độc lập

Thời gian đảo ngược nhỏ nhất (IDMT)

Đặc tính theo tiêu chuẩn IEC 225-4 và BS 142

Cực kỳ dốc

Rất dốc

Dốc thời gian dài

Đặc tính đảo ngược loại đặc biệt

Đảo ngược loại RI

Đảo ngược loại RXIDG

đoạn khởi động cắt nhanh Khi đó thời gian vận hành của bộ báo quá dòng được xác định bằng thời gian vận hành đặt của giai đoạn cắt nhanh tại những dòng điện lỗi sự cố lớn, để thu được tín hiệu ngắt thì giai đoạn cắt nhanh phải được nối với ngõ ra ngắt của relay Nếu dòng khởi động mà ta đặt vượt quá 2,5 x In thì dòng liên tục của ngõ vào

(4 x In) phải được chú ý

n quá dònggiá trị cài đhời màn hìngian cài đặt

c dưới bên ngắt Tín

g cắt nhanh

g cực đại hđặt Khi gia

nh hiển số t

t, relay hoạphải sánghiệu này đ

9

ặt trước của

NG

c thiết kế bdòng, tức là

h)

hoặc cắt nh

ai đoạn bắttrên mặt trư

ạt động và tmàu đỏ Đđược thiết l

lay SPCJ 4D

dòng một pđoạn quá d

ầu vận hànhát một tín khởi động

nh nếu dònhiệu bắt đầNếu quá dS2 báo ngắt

t Đồng thờ

dù các giaSET Có th

Các hoạt động của giai đoạn cực đại I> hoặc I>> có thể bị chặn bằng cách khoá tín hiệu BS

Khoá tín hiệu được thiết lập với nhóm công tắt SGB

Giai đoạn cực đại có thể hoạt động theo đặc tính thời hạn độc lập hoặc đặc tính thời gian phụ thuộc, bằng cách chọn nhóm công tắt SGF1/1 3 Theo đặc tuyến thời gian độc lập thì thời gian vận hành t> có thể đặt trong phạm vi 0,05…300s Khi đặc tuyến thời phụ thuộc (IDMT) được chọn, thì thời gian cắt dựa trên bốn tiêu chuẩn và hai đặc tuyến đường cong bổ sung có sẵn

Nhóm công tắt lựa chọn SGF1/1 3 được sử dụng để lựa chọn các đặc tính hoạt động mong muốn

Lưu ý

Dòng tối đa vào relay là 4 x In do đó phải tính toán trước khi cài đặt cho relay Ở giai đoạn cực đại với đặc tính thời gian độc lập có thể cài đặt 0,5…5,0 x In Còn ở đặc tính thời gian phụ thuộc thì cài đặt trong phạm vi từ 0,5…2,5 x In

Hoạt động của giai đoạn cực đại dựa trên đặc tính thời gian phụ thuộc sẽ được khoá khi giai đoạn cắt nhanh hoạt động Sau đó, thời gian hoạt động của bảo vệ quá dòng được định bởi các hoạt động thời gian của giai đoạn cắt nhanh khi sự cố dòng quá lớn

Phạm vi thiết lập thời gian hoạt động t>> của giai đoạn cắt nhanh từ 0,04 300s Các tín hiệu hoạt động của hai giai đoạn quá dòng là cung cấp một tính năng chốt (công tắt SGB/6) có nghĩa là các tín hiệu hoạt động TS2 được giữ cao sau khi relay tác động, mặc dù giai đoạn quá dòng đã reset Các tín hiệu chốt TS2 được đặt lại khi ta nhấn nút RESET và PROGRAM cùng một lúc hoặc thông qua cổng nối tiếp bằng cách sử dụng lệnh V101

Thiết lập giá trị khởi động I>> của giai đoạn quá dòng cắt nhanh có thể được tự động tăng gấp đôi khi kết nối của đối tượng được bảo vệ vào mạng, tức là lúc bắt đầu

trị thấp hơn mức của sự xâm nhập kết nối hiện tại Chức năng tự động tăng gấp đôi được

chọn với chuyển đổi SGF1/5 Việc bắt đầu, mà tăng gấp đôi kích hoạt các chức năng,

được định nghĩa là một tình huống mà các dòng giai khởi động tăng từ giá trị dưới 0,12 x

I> đến một giá trị trên 1,5 x I> nhỏ hơn 60 ms

Chức năng dừng lại khi các dòng điện giảm xuống dưới 1,25 x I>

Giai đoạn cắt nhanh thiết lập bằng công tắt SGF2/5 Khi giai đoạn cắt nhanh được cài

đặt ngõ ra của relay hoạt động hiển thị "- - -", chỉ ra rằng dòng hiện tại là vô hạn

2.3.2 LỖI CHẠM ĐẤT

Module SPCJ 4D29 báo lỗi chạm đất một pha Nó báo lỗi chạm đất giai đoạn thấp

I0> và cao I0>> Lỗi chạm đất ở giai đoạn cực đại hoặc cắt nhanh sẽ khởi động khi dòng

đo được vượt quá giá trị cài đặt Khi nó khởi động nó tạo ra một tín hiệu bắt đầu SS1

hoặc TS1 và đồng thời màn hình hiển thị cho thấy đang khởi động Nếu lỗi kéo dài đủ lâu

để vượt quá thời gian cài đặt, relay tác động và tạo ra một tín hiệu báo ngắt TS2 Đồng

thời đèn TRIP sáng bằng ánh sáng màu đỏ Đèn vẫn còn sáng màu đỏ mặc dù lỗi đã bị

cắt Đèn này được thiết lập lại bằng cách nhấn nút RESET Có thể thêm tín hiệu ngắt TS1

bằng cách định lại cách kết nối ngõ ra của relay

Các hoạt động của giai đoạn cực đại In> hoặc cắt nhanh In>> có thể bị chặn bằng

một tín hiệu khoá BS, được cài đặt bởi nhóm công tắt SGB

Các hoạt động của giai đoạn cực đại có thể được thiết lập dựa trên thời gian độc lập

hoặc đặc tính thời gian phụ thuộc Đặc tính hoạt động được chọn bởi nhóm công tắt SGF

/6 8 Ở đặc tính thời gian độc lập, thời gian tác động t0> chỉ được cài trong phạm vi,

0,05 300s Khi đặc tính hoạt động thời gian phụ thuộc (IDMT) được chọn, hoạt động

theo bốn đường cong tiêu chuẩn và hai đặc tính thời gian phụ có sẵn Nhóm công tắt

SGF1/6 8 được sử dụng để lựa chọn các đặc tính hoạt động mong muốn Phạm vi thiết

lập thời gian hoạt động giai đoạn cắt nhanh t0>> là 0,05 300s

Lưu ý

bắt đầu giai đoạn phụ thuộc Sau đó, thời gian hoạt động được xác định bởi các hoạt động