BÀI GIẢNG: RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1

KHÁI NIỆM: CONCEPT• Theo dõi, phát hiện tình trạng làm việc của các BVRL Là một thiết bị tự động ghi nhận và phản ứng đối với các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thườ

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HTĐ (RELAYS PROTECTION IN ELECTRIC SYSTEM)

1 KHÁI NIỆM: (CONCEPT)

• Theo dõi, phát hiện tình trạng làm việc của các

BVRL Là một thiết bị tự động ghi

nhận và phản ứng đối với các dạng

hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong HTĐ (cắt các MC hoặc báo tín hiệu tuỳ theo mức độ trầm

trọng).

BỘ BIẾN

ĐỔI

BẢO VỆ TRỰC TIẾP

2 LỊCH SỬ: (HISTORY)

• Tiền thân là cầu chì (cầu chảy):

Ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản, rẻ tiền

 Làm việc khá chắc chắn

Nhược điểm:

 Dòng tác động không chính xác

 Phụ thuộc vật liệu, công nghệ

chế tạo dây chảy

 Khó phối hợp tác động trong lưới điện phức tạp

 Chỉ tác động một lần, thời gian

thay dây chảy mất điện kéo dài cho hộ tiêu thụ

 không thể thực hiện việc ghép

nối và liên động với các thiết bị bảo vệ và tự động khác trong hệ thống

• Rơle và MC ra đời:

 Khắc phục được các nhược điểm

của cầu chì

 Được sử dụng khá rộng rãi: Trong bảo vệ các thiết bị điện, trong bưu chính viễn thông, thiết bị điện và điện tử gia dụng  Rơle được phát triển qua nhiều giai

đoạn và được phân thành các loại cơ bản sau:

 Điện cơ, điện từ, cảm ứng.

 Điện tử, bán dẫn.

 Rơle tĩnh 1960

 Rơle số 1970

2.1 RƠ LE SỐ: (DIGITAL RELAYS)

 ƯU ĐIỂM - NHƯỢC ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ:

1 Ưu điểm:

• Độ tin cậy làm việc cao do:

 Hạn chế được nhiễu và sai số do nguyên lý truyền thông tin bằng số.

 Sử dụng các linh kiện có công suất tiêu thụ rất nhỏ nên nhiệt độ bên trong thiết bị khi làm việc không cao.

 Không sử dụng phần động trong mạch logic nên không có quán tính, không bị kẹt do rỉ sét, bụi  Có khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ trong một thiết bị thay vì phải sử dụng nhiều Rơle riêng lẻ.

 Không bị trôi tham số trong quá trình vận hành.

• Có khả năng tự lập trình được nên độ nhạy rất cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau.

• Độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian tác

động nhanh (đối với bảo vệ cắt nhanh).

• Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ.

• Thời gian hiệu chỉnh ngắn nên không phải cắt điện lâu khi đưa vào vận hành.

• Khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc

của bản thân thiết kế.

• Có khả năng đo lường và nối mạng phục vụ cho việc đo lường và điều khiển, giám sát và điều khiển tự động từ xa.

• Có khả năng hiển thị thông tin tốt cho người sử dụng chủ yếu là chương trình phần mềm vi tính.

• Có chức năng ghi nhớ các sự kiện bất

thường phục vụ cho việc phân tích sự cố và khả năng làm việc của hệ thống.

2 Nhược điểm:

• Giá thành cao nên đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các Rơle cũ bằng Rơle số

• Rơle số đòi hỏi cấp độ dự phòng cao hơn Rơle thế hệ đời cũ, khi một thiết bị gồm nhiều chức năng bảo vệ kết hợp

bị sự cố sẽ gây nhiều tác hại lớn nếu không được dự phòng tốt

• Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao

• Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp

hàng trong việc sữa chữa và nâng cấp thiết bị

Rơle số được phát triển

qua 3 thế hệ

• THẾ HỆ I: Đơn giản, ít

chức năng, chưa giao tiếp mạnh.

năng, giao tiếp SCADA.

• THẾ HỆ III: Cấu hình mạnh, đa chức

năng, giao tiếp linh hoạt, lập trình được,

giao nhập mạnh với SCADA ( TĐH - HTĐ )

3 Sơ đồ khối các Rơle số dùng

bộ vi xử lý:

U Đầu

vào tươn

g tự

Biến đổi đầu vào

Chuyê

øn đổi tươn

g tự / số

Thông tin tuần tự và song song

Vào/R

a Số

Giao diện vào/r

a số

Bô

ü

vi xư

í lý

Bộ nhớ RAM EPROM ROM

Giao diện ngườ

i sử dụng

Môđun nguồn

Kênh số liệu / địa

chỉ / đk

Môđun vào/ra

Môđun số

Thiết bị phía xaI

V1V2V3

Nguô ön DC

• Thông tin về đối tượng bảo vệ sẽ được đưa vào Rơle qua đầu vào tương tự và đầu vào số Bộ

phận biến đổi đầu vào lọc và khuyếch đại tín

hiệu tương tự thành đại lượng phù hợp với đầu vào của bộ chuyển đổi tương tự số Tại đây các tín hiệu tương tự sẽ được chuyển đổi thành giá trị

tỉ lệ với thông tin đầu vào Bộ vi xử lý được đưa

vào chế độ làm việc theo chương trình chứa trong

bộ nhớ lập trình được EPROM hoặc ROM Nó so sánh với thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ xoá ghi bằng điện EEPROM Các phép tính

trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM.

• Toàn bộ các bộ phận phần cứng của Rơle được cung cấp nguồn bởi bộ chuyển đổi nguồn “một

chiều/ xoay chiều” với các cấp điện áp khác nhau.

3 VÙNG BẢO VỆ:

(PROTECTIONING AREA )

• Giới hạn bằng thiết bị đóng cắt (MÁY

CẮT)

• Các vùng phải phủ hết HTĐ.

• Các vùng phải giao nhau.

Ví dụ về vùng bảo vệ:

4 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN: (BASE REQUIREMENTS)

• THỰC HIỆN THEO CÁC TIÊU CHUẨN IEC ,

4.1 CHỌN LỌC: (SELECTIVITY)

• Chọn lọc là khả năng của bảo vệ có thể

phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống Cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp thì việc bảo đảm tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.

• Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối:

 Làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định.

 Không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

• Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối:

 Bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ

 Chức năng dự phòng cho bảo vệ

đặt ở các phần tử lân cận

• Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc

đối với các bảo vệ có độ chọn lọc

tương đối, phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân

cận nhau trong toàn hệ thống nhằm

đảm bảo mức độ liên tục cung cấp

điện cao nhất, hạn chế đến mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện

4.2 TÁC ĐỘNG NHANH: (QUICKLY OPERATION)

 Càng có khả năng giữ được ổn định HTĐ.

 Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải:

 giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ Rơle ( trong một số trường hợp thì không thoả mãn yêu cầu chọn lọc) Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tuỳ điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về hai yêu cầu này

• Thời gian cách ly sự cố

tCNM = tBV + tMC

CNM

4.3 ĐỘ NHẠY: (SENSITIVITY)

Vùng BV

chính Vùng khởi động

• Độ nhạy phụ thuộc nhiều yếu tố:

 Chế độ làm việc của hệ thống

(mức độ huy động nguồn )

 Cấu hình của lưới điện, dạng

ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch  Nguyên lý làm việc của Rơle, đặc

tính của quá trình quá độ trong hệ

thống điện

độ nhạy của nó cũng khác nhau Các

bảo vệ chính thường yêu cầu có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5  2, bảo vệ

dự phòng từ 1,2  1,5

• ĐẶC TÍNH CỦA RƠ LE

4.4 ĐỘ TIN CẬY: (REABILITY)

• Độ tin cậy là tính năng đảm bảo cho thiết bị

bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn Người ta phân biệt:

• Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rằng Rơle hoặc hệ thống Rơle sẽ tác động đúng.

• Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc

chắn rằng hệ thống Rơle sẽ không làm việc sai.

• Độ tin cậy phụ thuộc các yếu tố sau:

1 Phụ thuộc bản chất: ( I ; U )

2 Phụ thuộc vật liệu, công nghệ

3 Phụ thuộc tổ hợp, sơ đồ

4 Độ dôi _ bảo vệ kép

5 PHÂN LOẠI: (CLASSIFY)

• Ta có thể phân loại theo các nhóm sau:

 Theo phương pháp tác động MC  Theo nguyên tắc làm việc

 Theo đặc điểm dự phòng

PHÂN BIỆT HỆ THỐNG BVRL VÀ PHẦN TỬ RL

5.1 THEO PHỈÅNG PHẠP TẠC ÂÄÜNG MC:

5.2 THEO NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC: (PRINCIPLE WORK)

• Theo nguyên tắc làm việc ta có những loại

bảo vệ sau:

 Bảo vệ quá dòng cực đại:

 phản ứng với dòng trong phần tử được bảo vệ

 Bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá một giá trị định trước nào đó.

 Bảo vệ quá dòng có hướng:

 phản ứng theo giá trị dòng điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp

 Bảo vệ tác động khi dòng điện vượt quá giá trị đặt I kđ và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.

 Bảo vệ so lệch dòng điện: là bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ.

 Bảo vệ khoảng cách: là loại bảo vệ dùng Rơle tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp U R vá dòng điện I R

đưa vào Rơle và góc giữa chúng:

t = f ( UR / IR , R )

thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ nối bảo vệ đến điểm hư hỏng tăng lên Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất.

 Bảo vệ tần số cao: là loại bảo vệ dọc mà việc liên lạc giữa hai đầu đường dây được

thực hiện bằng tần số cao (khoảng 50  300 KHz) truyền theo dây dẫn của chính đường dây đó.

5.3 THEO ĐẶC ĐIỂM DỰ PHÒNG: (STANDBY CHARACTIRISTIC)

 Chọn lọc tương đối: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ ở phần tử lân cận Vùng khởi động > vùng làm việc.

 Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm

vi hoàn toàn xác định Vùng khởi động < vùng làm việc.

6 KÝ HIỆU: (SYMBOL)

• SƠ ĐỒ :

_ Sơ đồ khối

_ Sơ đồ nguyên lý

_ Sơ đồ khai triển _ Sơ đồ thi công ( lắp đặt, đấu nối )

• Ký hiệu bằng chữ theo G.O.S.T của LIÊN XÔ

và đã được VIỆT NAM hóa

• Ký hiệu bằng số theo tiêu chuẩn ANSI.

• Trong phạm vi nhà trường sử dụng hệ

thống ký hiệu chữ

Tên bảo vệ Ký hiệu chữ Ký hiệu số Bảo vệ quá dòng_ BVQD BVRImax _ I> , I>> 50, 51 Bảo vệ quá dòng có hướng BVRI + RW _ I> 67

Bảo vệ khoảng cách_BVKC BVRZ _ Z< 21

6 KÝ HIỆU: (SYMBOL)

• ĐẦU RA: Tiếp điểm

7 NGUỒN ĐIỆN LÀM VIỆC: (SOURE WORK)

• Nguồn điện thao tác cung cấp năng

lượng cho các thiết bị bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh và báo hiệu ở nhà máy điện, trạm biến áp và các trung tâm điều độ HTĐ

• Nguồn điện thao tác có thể là xoay

chiều hoặc một chiều Nguồn xoay chiều dùng trực tiếp ở các trạm nhỏ để thao tác MC với mạch bảo vệ và điều khiển đơn giản.

1.7.1 NGUỒN THAO TÁC:

• Nguồn điện một chiều thường dùng

ắcquy, tụ điện được nạp điện sẵn

hoặc các bộ nắn dòng xoay chiều lấy

nguồn từ các hệ thống tự dùng, máy

biến dòng điện hoặc máy biến điện áp

1.7.2 Nguồn tín hiệu đo lường:

• Tín hiệu đo lường: I , U , f , 

• Thiết bị đo lường: BU ( PT, TU ) _ BI ( CT , TI

)

• Đặc điểm làm việc

• Độ chính xác, sai số

• Nguồn tín hiệu và nguồn năng lượng

8 SƠ ĐỒ NỐI DÂY BI_ RL:

8.1 Sơ đồ sao hoàn toàn:

8.2 Sơ đồ sao khuyết:

8.3 Sơ đồ tam giác:

Chạm đất 2 pha tại 2

điểm khác nhau

8.5.1 Hai xuất tuyến khác nhau

8.5 Khả năng làm việc của các sơ đô:ö

- Khi ngắn mạch tại NB, NC nếu:

 Bảo vệ nối Y hoàn toàn và có thời gian làm việc như nhau thì cả hai đường dây đều bị cắt ra

 Bảo vệ nối Y khuyết hay số 8 (BI đặt

ở 2 pha A và C) thì chỉ có một đường dây

bị cắt Điều đó không hợp lí

 Để hợp lí BI phải đặt ở các pha cùng tên

8.5.2 Trên cùng một tuyến đường dây

C

A B

NB

NC

 Bảo vệ nối Y hoàn toàn thì đoạn xa nguồn bị cắt vì có thời gian bé hơn.

 Bảo vệ nối Y khuyết hay số 8 thì đoạn gần nguồn hơn bị cắt Điều đó không hợp lí.