Bài giảng môn Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện

BÀI GIảNGBẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆNChương 2: KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLEChương 3: CÁC LOẠI BẢO VỆ RƠLECHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLE2.1 Sử dụng nguyên tắc điện từ 2.2 Sử dụng nguyên tắc cảm ứng2.3 Sử dụng linh kiện bán dẫn, vi mạch 2.4 Sử dụng kỹ thuật vi xử lý2CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI BẢO VỆ RƠLE3.1 Rơle điện từ3.2 Rơle trung gian điện từ3.3 Rơle trung gian tác động chậm3.4 Rơle tín hiệu3.5 Rơle thời gian3.6 Rơle cảm ứng3.7 Rơle công suất3.8 Rơle tổng trở33.1 RƠLE ĐIỆN TỪ3.1.1 Cấu tạo3.1.2 Nguyên lý làm việc3.1.3 Đặc tính 3.1.4 Ứng dụng43.1.1 CẤU TẠOGồm có:Lõi sắt 1 làm khung sườn va mạch tĩnhPhần động 2 và là giá mang tiếp điểm 5Lò xo 3 kéo phần động 2 luôn cho tiếp điểm 5 hởCuộn dây 4 tạo từ thôngHình vẽ minh họa:5123453.1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCKhi có dòng điện chạy vào cuộn dây 4 sẽ sinh ra sức từ động và từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2Từ thông Φ sinh ra lực hút Vì lõi sắt không bảo hòa nên Như vậy ta có: Nếu thì 2 sẽ bị hút vào 1 dẫn đến tiếp điểm 5 đóng lại, gọi rơle tác động6123453.1.3 ĐẶC TÍNHĐường đặc tính hút nhảRơle đang ở vị trí hở. Cho tăng dần từ 0 đến thời điểm nào đó thì rơle tác động. Còn khi thì rơle không tác động. Rơle đang ở vị trí đóng. Cho giảm dần về 0 đến thời điểm nào đó thì rơle nhả ra. Nhận xét: dòng điện trở về để rơle nhả ra luôn bé hơn dòng điện để rơle hút.7123453.1.4 ỨNG DỤNG Đóng cắt mạng điện 3.1.4.1 Rơle dòng điện3.1.4.2 Rơle kém điện áp83.1.4.1 RƠLE DÒNG ĐIỆN Rơle dòng điện: cuộn dây có nhiều vòng dây và dây dẫn có tiết diện lớn, cuộn dây cần có điện áp bé.Trạng thái bình thường tiếp điểm nhả. Khi rơle đang nhả, dòng IR nhỏ nhất làm rơle hút gọi là dòng điện khởi động Ikđ Khi rơle đang hút, dòng IR lớn nhất làm rơle nhả gọi là dòng điện trở về Itv Hệ số trở về: 93.1.4.1 RƠLE KÉM ĐIỆN ÁPRơle điện áp: cuộn dây có nhiều vòng dây và dây dẫn có tiết diện nhỏ, cuộn dây cần có điện áp lớn.Trạng thái bình thường tiếp điểm hút. Khi rơle đang hút, điện áp UR lớn nhất làm rơle nhả gọi là điện áp khởi động Ukđ Khi rơle đang nhả, dòng UR nhỏ nhất làm rơle hút gọi là điện áp trở về Utv Hệ số trở về: 103.2 RƠLE TRUNG GIAN ĐIỆN TỪ113.2.1 Cấu tạo3.2.2 Nguyên lý làm việc3.2.3 Đường đặc tính 3.2.4 Ứng dụng3.2.1 CẤU TẠOGiống như rơle điện từ, nhưng rơle trung gian điện từ có kích thước lớn hơn. Nó có nhiều tiếp điểm thường đóng (NO) thường mở (NC) và tiếp điểm có kích thước lớn hơn. 123.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCGiống như rơle điện từ Rơle trung gian điện từ phải đảm bảo tác động ngay cả khi điện áp giảm xuống 15 đến 20 %Rơle điện từ có Ukđ = (0.6 đến 0.7).Uđm133.2.3 ĐẶC TÍNHGiống như rơle điện từRơle điện từ không có yêu cầu về hệ số trở về KV , nhưng cần phải tác động nhanh (0.01 đến 0.02 giây).143.2.4 ỨNG DỤNG 15Dùng đóng cắt mạch có dòng điện lớnDo có nhiều tiếp điểm nên dùng đóng cắt nhiều mạchVì vậy, rơle trung gian điện từ có khả năng đóng cắt đồng thời nhiều mạch và đóng cắt dòng điện lớn.3.3 RƠLE TRUNG GIAN TÁC ĐỘNG CHẬM163.3.1 Cấu tạo3.3.2 Nguyên lý làm việc3.3.1 CẤU TẠOLõi sắt 1 rơle trung gian tác động chậm được lồng vào trong một ống đồng. Ống đồng 2 này có tác dụng như 1 vòng ngắn mạch (làm chậm sự thay đổi từ thông trong lõi sắt).Dây dẫn 3 quấn ngoài ống đồng.171233.3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCKhi rơle đang nhả, khe hở không khí lớn, từ dẫn không khí nhỏ, hằng số thời gian T nhỏ nên rơle đóng không chậm.Khi rơle đang hút, khe hở không khí nhỏ, từ dẫn không khí lớn, hằng số thời gian T lớn nên rơle nhả chậm.183.4 RƠLE TÍN HIỆU193.4.1 Cấu tạo3.4.2 Nguyên lý làm việc 3.4.3 Ứng dụng3.4.1 CẤU TẠOLõi sắt 1 làm khung sườn và là phần tĩnhCuộn dây quấn 2 trên lõi sắtPhần động giá 3 (lõi sắt) trên đó có khớp giữTấm thẻ 4Lò xo 5 kéo phần động làm cho nó hở lúc bình thường20123543.4.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 21Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây sẽ sinh ra sức từ động và từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2Từ thông Φ sinh ra lực hút Vì lõi sắt không bảo hòa nên Như vậy ta có: Nếu thì 2 sẽ bị hút vào 1 dẫn đến tiếp điểm 5 đóng lại, gọi rơle tác độngLúc này tấm thẻ rơi xuống. Khi rơle nhả ra thì tấm thẻ vẫn ở dưới. Do đó, ta muốn reset thì ta phải nâng tấm thẻ lên.123543.4.4 ỨNG DỤNG 22Công dụng để báo động và lưu lại dấu tích đã tác động3.5 RƠLE THỜI GIAN233.5.1 Cấu tạo3.5.2 Nguyên lý làm việc3.5.3 Đường đặc tính 3.5.4 Ứng dụng3.5.1 CẤU TẠORơle thời gian có phần động liên kết với một bộ đếm đồng hồ. Thời gian chậm nhanh là do bộ đếm này.243.5.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 25Khi có điện vào cuận dây, các tiếp điểm không tác động ngay mà phải sau khoảng thời gian t mới tác động. Thời gian t có thể điều chỉnh được.3.5.3 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNHRơle thời gian phải có độ chính xác cao Δt = ± 0.1, điện áp giảm 0.8Uđm vẫn làm việc bình thường. Phải trở về nhanh để sẳn sàng tác động lần sau.263.5.4 ỨNG DỤNG 27Công dụng đóng cắt chậm tiếp điểm 3.6 RƠLE CẢM ỨNG283.6.1 Cấu tạo3.1.2 Nguyên lý làm việc3.1.3 Đường đặc tính 3.1.4 Ứng dụng3.6.1 CẤU TẠOGồm mạch từ có khe hở không khí và đĩa nhôm đặt tại khe hở không khí. Trên đĩa nhôm có tiếp điểm và lò xo. Trên mạch từ có quấn cuộn dâyCó nam châm hình chữ U để đĩa nhôm không bị dao động và có nhiệm vụ làm cho địa nhôm quay chậm lại29 3.6.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCKhi có điện IR vào cuộn dây sẽ tạo ra từ thông ΦR . Từ thông ΦR tách ta thành ΦR1 và ΦR2 . Từ thông ΦR1 xuyên qua vòng ngắn mạch, cảm ứng vòng ngắn mạch sinh ra sức điện động EN và dòng ngắn mạch IN . Dòng IN sinh ra từ thông ΦN .Tại khe hở không khí ta cóMoment điện từ tác động lên đĩa nhôm 30 3.6.3 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNHThời gian tác động của tiếp điểm rơle cảm ứng tùy thuộc vào khoảng hở tiếp điểm, lực kéo lò xo và dòng điện IR Vì khoảng hở tiếp điểm và lực kéo lò xo được chỉnh cố định nên thời gian tác động chỉ còn phụ thuộc vào IR Tuy nhiên, trên thực tế thì do lọi sắt bị bảo hòa nên khi I tăng mà Φ không tăng nên M cũng không tăng, thời gian tác động không giảm.Đồ thị đặc tính nằm ngang 31Phần phụ thuộcPhần độc lậpThực tếLý thuyết3.6.4 ỨNG DỤNG 32Dùng bảo vệ mạch điệnThông thường người ta đặt chung rơle điện từ và rơle cảm ứng chung với nhau, tiếp điểm của chúng được nối song song nhau. Cho nên đường cong đặc tính (rơle cảm ứng dùng để bảo vệ quá tải, rơle điện từ dùng để bảo vệ ngắn mạch): 3.7 RƠLE CÔNG SUẤT333.7.1 Cấu tạo3.7.2 Nguyên lý làm việc3.7.3 Đường đặc tính 3.7.4 Ứng dụng3.7.1 CẤU TẠOGần giống như động cơ:Lõi sắt có cực từ hướng vào trongỞ giữa có 1 ống hình trụ bằng nhôm quay quanh 1 trục, trên trục có gắn tiếp điểm và lò xo.Trên lõi sắt có 2 bộ cuộn dây.343.7.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCĐặt điện áp UR vào cuộn dây điện áp sẽ sinh ra dòng điện IU qua cuộn dây và sinh từ thông ΦUCho dòng IR qua cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra từ thông ΦIKhi mạch từ chưa bảo hòa: UR tỷ lệ với IU, IU tỷ lệ với Φ U , IR tỷ lệ với Φ I,Moment làm quay ống nhôm: 35φRψLà góc lệch ΦU và ΦILà góc lệch UR và IRLà góc lệch IU và UR3.7.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC36Momen quay cực đại khi Là hướng nhạy nhất của rơle công suấtNhớ lạiThông thường nênThông thường nênNM nhiều phaNM chạm đất3.7.3 ĐẶC TÍNHĐường đặc tính thời gian tác động của rơle công suất tương tự như đường đặc tính thời gian tác động rơle cảm ứngMột trong hai đại lượng UR hay IR đổi chiều thì ống nhôm quay đổi chiều.373.7.4 ỨNG DỤNG Dùng cho hệ thống bảo vệ có định hướng công suất, mạng nhiều nguồn.Ví dụ:383.8 RƠLE TỔNG TRỞ393.8.1 Cấu tạo3.8.2 Nguyên lý làm việc3.8.3 Đường đặc tính 3.8.4 Ứng dụng3.8.1 CẤU TẠOThanh ngang bị lò xo kéo nên luôn luôn áp sát vật cản.Hình vẽ401234563.8.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 41Khi cho dòng điện IR vào cuộn dây dòng điện sẽ sinh ra moment điện hút thanh ngangĐặt điện áp áp U vào cuộn dây điện áp sẽ sinh ra moment điện hút thanh ngang1234563.8.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 42Nếu bỏ qua lực lò xoKhi MU > MI rơle không tác độngKhi MU < MI rơle tác độngKhi MU=MI rơle khởi động:Khi ngắn mạch I tăng (IN), U giảm (UN): tổng trở lúc ngắn mạch 1234563.8.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 43Sự tác động rơle:Nếu : rơle sẽ không tác độngNếu : rơle sẽ tác độngMuốn điều chỉnh phạm vi tác động của rơle ta phải điều chỉnh Zkđ . Ta thay đổi Zkđ bằng cách thay đổi số vòng dây cuộn dòng điện.1234563.8.3 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNHYêu cầu rơle tổng trở tác động nhanh, sai số khoảng 10%, hệ số trở về KV = 1.05 đến 10.15443.8.4 ỨNG DỤNG 45Công dụng dùng bảo mạng điện