Nghiên cứu ứng dụng của rơle SEL - 551 vào bảo vệ quá dòng & đóng lặp lại cho máy biến áp lực

đó, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò rất quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động bình thường ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải,...mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống rơle sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các sự cố, tình trạng làm việc bất bình thường của hệ thống, để từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời. Hiện nay, dưới sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, có nhiều chức năng, tác động chính xác hơn và đã khắc phục được những nhược điểm của rơle điện cơ. Ở nước ta ngày nay, xu hướng sử dụng rơle số để dần thay thế cho các rơle điện cơ và rơle tĩnh đã quá cũ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác. Đề tài “nghiên cứu ứng dụng của rơle SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại cho máy biến áp lực” nhằm mục đích tìm hiểu và nghiên cứu một số thiết bị bảo vệ rơle số đang và sẽ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống cung cấp điện, mà đại diện là rơle SEL-551. Đề tài gồm có 3 phần: Phần 1: Mở đầu. Trong phần này sẽ giới thiệu khái quát về đối tượng bảo vệ của rơle SEL-551 là máy biến áp lực và các phương pháp bảo vệ máy biến áp nói chung. Nội dung được thể hiện qua các chương: Chương 1: Đại cương về máy biến áp. Chương 2: Bảo vệ máy biến áp. Phần 2: Ứng dụng rơle số SEL-551 vào bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Trong phần này cung cấp những kiến thức về bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại, nghiên cứu về rơle SEL-551 trong bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Nội dung gồm các chương: Chương 1: Bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Chương 2: Ứng dụng rơle số SEL-551 trong bảo vệ quá dòng và đóng lặp lại. Phần 3: Kết luận và kiến nghị. Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Huy Tùng, nghiên cứu những tài liệu liên quan cũng như đi tìm hiểu thực tế, thời gian thực hiện đề tài có hạn, cũng như kiến thức và kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự nhận xét và đóng góp của Thầy Cô. Hà Nội, ngày 15 tháng 6 năm 2006 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thanh Hương PHẦN 1: MỞ ĐẦU Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP Khái niệm chung Những định nghĩa cơ bản Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều này - hệ thống sơ cấp thành một hệ thống dòng điện xoay chiều khác - hệ thống thứ cấp, nói chung, có những đặc tính khác, đặc biệt là, điện áp khác và dòng điện khác. Theo như nguyên lý thì, máy biến áp gồm có : Lõi thép do nhiều lá thép biến áp ghép lại. Hai hay tổng quát hơn, một vài dây quấn liên hệ với nhau về điện từ, và đặc biệt máy biến áp tự ngẫu liên hệ cả về điện. Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn; máy biến áp có ba hoặc một vài dây quấn gọi là máy biến áp ba hoặc nhiều dây quấn. Theo loại dòng điện người ta chia ra máy biến áp nhiều pha, là tập hợp tất cả các dây quấn pha có cùng một điện áp và được xác định do chúng được nối lại với nhau. Một trong những dây quấn của máy biến áp đưa năng lượng dòng điện xoay chiều vào gọi là dây quấn sơ cấp, còn dây quấn kia đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Tương ứng với tên gọi các dây quấn, tất cả những lượng ứng với dây quấn sơ cấp cũng được gọi là những lượng sơ cấp; và tất cả những lượng ứng với dây quấn thứ cấp được gọi là những lượng thứ cấp. Dây quấn nối với lưới có điện áp cao hơn gọi là dây quấn điện áp cao (BH); dây quấn nối với điện áp thấp hơn gọi là dây quấn điện áp thấp (HH). Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp thì ta gọi là máy biến áp giảm, còn nếu lớn hơn – máy biến áp tăng. Máy biến áp mà có dây quấn là những đầu phân nhánh đặc biệt để biến thiên hệ số biến đổi của máy biến áp gọi là máy biến áp có các đầu phân nhánh. Để ngăn cản tác hại của không khí đến cách điện của các dây và để cải thiện những điều kiện làm lạnh máy biến áp, lõi thép của máy biến áp cùng với các dây quấn trên nó được đặt trong một thùng chứa dầu máy biến áp. Chúng được gọi là những máy biến áp dầu, những máy biến áp này không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô. Các loại máy biến áp chính Những loại máy biến áp quan trọng nhất là: Máy biến áp lực dùng để truyền tải và phân phối điện năng. Những máy biến áp lực có công dụng đặc biệt như các máy biến áp chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn… Máy điều chỉnh cảm ứng dùng để điều chỉnh điện áp trong các lưới phân phối. Máy biến áp tự ngẫu để biến đổi điện áp trong những phạm vi không lớn lắm, để mở máy động cơ điện xoay chiều… Máy biến áp đo lường - dùng để nối vào mạch các dụng cụ đo lường. Máy biến áp thí nghiệm - để tiến hành thí nghiệm. Như vậy phạm vi ứng dụng các máy biến áp rất rộng rãi. Nhưng trong tất cả các trường hợp, những quá trình chính xác định sự làm việc của máy biến áp và phương pháp nghiên cứu những hiện tượng xảy ra trong máy biến áp thực chất đều giống nhau. Vì vậy sau này khi nói đến máy biến áp, ta chỉ nói đến máy biến áp cơ bản, đó chính là: máy biến áp điện lực hai dây quấn, một pha và ba pha. Những lượng định mức Những lượng định mức của máy biến áp là công suất, điện áp, dòng điện, tần số, .. chúng được ghi rõ trên máy biến áp. Biển máy cần đặt một chỗ sao cho ra vào chỗ đó dễ dàng. Tuy nhiên danh từ “định mức” có thể dùng cả đối với những lượng làm việc ở chế độ định mức, như: hiệu suất định mức, những điều kiện nhiệt độ định mức của môi trường làm lạnh… Tính trạng làm việc định mức của máy biến áp là tính trạng do xưởng chế tạo đã ghi trên biển máy. Công suất định mức của máy biến áp là công suất trên các cực của dây quấn thứ cấp, nó được ghi trên biển máy. Điện áp sơ cấp định mức là điện áp ghi ở trên biển máy; nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì điện áp định mức của nó được ghi một cách riêng rẽ cho từng đầu phân nhánh. Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp là những dòng điện ghi trên biển máy biến áp và được tính bằng các trị số ứng với các công suất định mức và điện áp định mức. Trong đó, do hiệu suất của máy biến áp rất cao nên công suất định mức của cả hai dây quấn bằng nhau. Nguyên lý làm việc của máy biến áp Dây quấn sơ cấp có W1 vòng dây và dây quấn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép. Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp, trong đó sẽ sinh ra dòng điện i1. Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông f móc vòng với cả hai dây quấn, cảm ứng ra các s.đ.đ e1 và e2 . Dây quấn thứ cấp có s.đ.đ sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là U2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông cũng là một hàm số hình sin : Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp sẽ là : e1= e2 = trong đó E1 = E2 = là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp . Tỉ số biến áp : k= và nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1»E1, U1»E2; do đó k được xem như là tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp: k= Máy biến áp lực Vai trò trong lưới điện Đặt máy biến áp 3 cuộn dây thay cho 2 máy biến áp hai cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích đặt, vật liệu và vốn đầu tư, đồng thời giảm được tổn hao năng lượng trong khi vận hành. Máy biến áp 2 cuộn dây chỉ nên đặt khi trong tương lai không có phụ tải ở cấp điện áp ra thứ hai hoặc phụ tải của cấp này nhỏ hơn ( 10÷15) % công suất của máy biến áp. Cũng vì lí do kinh tế nên máy biến áp 3 pha được dùng rộng rãi hơn nhóm 3 máy biến áp một pha. Giá thành của máy biến áp 3 pha nhỏ hơn (20÷25)% tổng giá thành 3 máy biến áp một pha. Còn tổn hao năng lượng khi vận hành nhỏ hơn ( 12÷15)% so với nhóm 3 máy biến áp một pha có cùng công suất. Tổ 3 máy biến áp một pha chỉ dùng khi không có khả năng chế tạo máy biến áp 3 pha với công suất lớn cần thiết hoặc khi điều kiện chuyên chở bị hạn chế . Cấu tạo máy biến áp lực Lõi thép Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn ( 80÷100 MVA trên một pha ) điện áp thật cao (220÷400 kV) để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường dây, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc gọi là máy biến áp kiểu trụ - bọc. Lõi thép của máy biến áp lực cũng được ghép từ những lá thép kĩ thuật điện: đó là những lá thép dày 0,5mm có phủ sơn cách điện và còn được gọi là thép máy biến áp. Thép máy biến áp là thép cán nguội vì có đặc tính từ tốt hơn thép cán nóng, hơn nữa tổn hao sắt lại thấp do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp. Đối với những máy biến áp cỡ lớn, người ta ép chặt trụ sắt bằng xà ép và những bulông xuyên qua tiết diện trụ và ở những lỗ này người ta lồng những ống cách điện bằng bakêlit để tránh làm ngắn mạch những lá tôn do bulông ép tạo nên. Phương pháp này phức tạp song giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây nên và rất bền về phương diện cơ học.Vì vậy hầu hết các máy biến áp lực hiện nay đều dùng kiểu ghép này. Vì lí do an toàn nên toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất. Trong máy biến áp lực có dây quấn điều chỉnh điện áp dưới tải 110 kV, thép Silic và vật liệu cách điện chiếm 43% trọng lượng máy, dầu biến áp chiếm khoảng 30%. Dây quấn Dây quấn máy biến áp được làm bằng đồng điện phân, nó được chế tạo sao cho phù hợp với tính toán điện cơ và nhiệt. Các vòng dây được quấn sao cho đảm bảo sự lưu thông tự do của dầu và giảm được nhiệt làm nóng bề mặt cuộn dây. Ngày nay hầu hết các máy biến áp lực đều được lắp đặt cùng với bộ điều chỉnh điện áp dưới tải.Với một bộ điều chỉnh điện áp dưới tải tỉ số của máy biến áp có thể thay đổi theo từng bước bằng cách tăng hoặc giảm số vòng dây. Để phục vụ mục đích này máy biến áp phải được trang bị một cuộn dây phân nấc và các đầu nấc này được nối vào các đầu cực bộ chuyển nấc. Trong máy biến áp lực, thường dây quấn HA được quấn phía trong gần trụ thép còn dây quấn CA thì được quấn ở phía ngoài bọc lấy dây quấn HA. Với cách này có thể giảm được điều kiện cách điện của dây quấn CA ( kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện của dây quấn CA) bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã có cách điện của bản thân dây quấn HA. Khi máy biến áp làm việc, đặc biệt là máy biến áp lực, dây quấn bị nóng lên, để khắc phục điều này khi chế tạo dây quấn người ta làm các rãnh dầu dọc trục đối với các lớp dây quấn cũng như những rãnh dầu hướng kính theo những khoảng cách giữa những vòng dây hay bối dây dọc theo toàn chiều cao của dây quấn. Vỏ máy Vỏ máy biến áp gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng . Với máy biến áp có công suất lớn thì vỏ thùng có dạng phức tạp. Chúng gồm có hai phần lắp ghép hoặc tháo rời với nhau qua vành hàn và có các kiểu kết cấu như : Kiểu nắp đậy: phần trên là nắp, phần dưới là vỏ thùng, chỗ lắp ghép ở phía trên thùng. Kiểu phễu chụp: phần trên là phễu chụp, phần dưới là đáy thùng, chỗ lắp ghép ở phía dưới thùng. Với máy biến áp công suất lớn hơn, vỏ thùng được tăng cường bằng những xà chịu lực. Để đảm bảo cho máy biến áp lực vận hành với tải liên tục trong thời gian qui định (thường là 15 đến 20 năm) và không bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển động xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hoàn các bộ phận bên trong máy biến áp. Với máy biến áp lực, thùng dầu của nó thường có ống hoặc là có bộ tản nhiệt. Ở những máy có dung lượng lớn để tăng cường làm mát thì người ta thường dùng bộ tản nhiệt có quạt gió. Ở những máy biến áp dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh. Trên thùng máy biến áp lực còn được trang bị một thiết bị giảm áp, được thiết kế để mở khi áp suất cực đại ở bên trong thùng máy gần tới giá trị áp suất lớn nhất. Chương 2: BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP Các phương pháp bảo vệ máy biến áp Việc bảo vệ máy biến áp điện lực có thể được thực hiện theo các nguyên lý khác nhau tùy thuộc vào điều kiện và trạng thái cụ thể của trạm biến áp. Trong đó ta rất quan tâm tới sơ đồ bảo vệ máy biến áp. Vì chúng có các đặc điểm sau: Tổ nối dây của các máy biến áp có ảnh hưởng đến sự phân bố dòng ngắn mạch sau máy biến áp, điều đó đòi hỏi phải áp dụng các sơ đồ nối các máy biến dòng và các rơle phù hợp. Sự tăng đột ngột của dòng từ hóa khi điện áp thay đổi đột ngột có thể ảnh hưởng đến dòng khởi động của các bảo vệ. Sự khác nhau giữa điện áp hai phía sơ cấp và thứ cấp đòi hỏi phải lựa chọn các thiết bị và các thông số tính toán khác nhau ở hai phía. Sự phân hủy dầu dưới mức tác dụng của nhiệt độ cao cho phép áp dụng nguyên lý bảo vệ bằng rơle hơi. Bảo vệ bằng rơle hơi Bảo vệ này phản ứng với mọi loại sự cố xảy ra trong thùng máy biến áp. Nó bao gồm một buồng chứa, đặt trong ống dẫn từ thùng đến bình dãn dầu, trong buồng chứa này có lắp 2 phao kim loại, trên các phao có gắn các ống thủy tinh chứa thủy ngân dùng làm tiếp điểm, các phao lắp trên một trục quay. Ở chế độ làm việc bình thường buồng chứa đầy dầu nên các phao nổi lên và các tiếp điểm của rơle ở trạng thái mở. Khi có sự cố trong máy biến áp, nhiệt độ trong thùng tăng lên, dưới tác dụng của nhiệt độ, dầu bị phân hủy thành các bọt khí. Dòng điện càng lớn thì khí tạo ra càng nhiều, lượng khí này được đẩy lên trên và dần dần đẩy dầu ra khỏi buồng chứa của rơle. Mức dầu trong buồng chứa giảm, làm hạ thấp các phao, thủy ngân trong ống thuỷ tinh gắn với phao được rót xuống dưới làm cho các tiếp điểm đóng lại đưa tín hiệu đến đèn hiệu hoặc còi báo động. Khi sự cố lớn xảy ra, khí được tạo ra nhiều, các tia khí thoát ra mãnh liệt, làm lật phao, làm cho các tiếp điểm thủy ngân của nó đóng lại, đưa tín hiệu đến các cơ cấu thừa hành để cắt máy cắt. Để ngăn ngừa sự tác động nhầm lẫn của rơle do sự đốt nóng các cuộn dây và sự giản nở nhanh của dầu khi có dòng ngắn mạch ngoài, một trọng vật được gắn với phao dưới. Ưu điểm: Bảo vệ đơn giản. Thời gian tác động nhanh. Linh hoạt với nguồn thao tác DC và AC. Nhược điểm: Phản ứng với các sự cố xảy ra trong thùng máy biến áp. Không có tác dụng bảo vệ rõ rệt với các phần khác của máy biến áp. Không thay thế được các bảo vệ khác. Bảo vệ quá dòng điện Bảo vệ chống ngắn mạch trong máy biến áp có thể được thực hiện theo nguyên lý quá dòng, tức là bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì và bảo vệ cắt nhanh. Máy biến dòng được đặt ở phía đầu vào của máy biến áp, các máy biến dòng được chế tạo theo nhiều phương án khác nhau lắp sẵn trong sứ của máy cắt (≥35kV); lắp sẵn trong sứ của máy biến áp (U≥110kV). Các máy biến dòng có thể được thực hiện theo sơ đồ hình sao đủ, sao thiếu, hoặc theo hình tam giác. Với máy biến áp 2 cuộn dây, bảo vệ quá dòng có thể bố trí ở cả 2 phía hoặc chỉ 1 phía sơ cấp. Đối với máy biến áp 3 cuộn dây, bảo vệ quá dòng phải được bố trí ít nhất ở 2 phía hoặc ở cả 3 phía. Bảo vệ máy biến áp được thực hiện theo 2 cấp: Cấp thứ nhất là bảo vệ cắt nhanh với dòng khởi động được chỉnh định theo dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất đi qua máy biến áp. Dòng khởi động của rơle IkdR.CN= Giá trị dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh Ikd.CN= IdR- dòng đặt chọn theo nấc chỉnh định gần nhất của rơle bảo vệ cắt nhanh Tỷ lệ vùng tác động nhanh Xht- điện trở của hệ thống tính từ nguồn đến đầu vào máy biến áp Cấp thứ hai là bảo vệ dòng cực đại. Thời gian tác động bảo vệ cấp 2 được xác định dựa theo thời gian tác động lớn nhất của bảo vệ trước đó Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại không nhỏ hơn 1,5. Bảo vệ so lệch Bảo vệ so lệch được dùng làm bảo vệ chính trong máy biến áp công suất từ 4MVA trở lên, nhìn chung bảo vệ này cũng thường được áp dụng cho các máy biến áp khi bảo vệ quá dòng không thể đáp ứng được các yêu cầu về độ chọn lọc và độ nhạy. Các máy biến dòng được đặt ở cả hai phía của máy biến áp được bảo vệ. Dưới góc độ của dòng điện không cân bằng, bảo vệ so lệch có nhiều khác biệt so với các bảo vệ khác Dòng từ hóa của máy biến áp, mà là một thành phần quan trọng của dòng không cân bằng, thay đổi một cách đột biến khi U tăng đột ngột ( khi đóng máy biến áp hoặc sau khi loại trừ sự cố ngắn mạch ). Giá trị của nó có thể đạt tới 6÷8 lần dòng định mức của máy biến áp. Ngoài đặc điểm tắt dần theo thời gian, dòng từ hóa còn chứa các thành phần không chu kỳ và các sóng hài bậc cao. Để giảm giá trị của dòng từ hóa cần áp dụng các biện pháp đặc biệt như sử dụng máy biến dòng bão hòa nhanh có tác dụng hạn chế thành phần không chu kỳ của dòng điện. Sự điều chỉnh hệ số biến áp làm phá vỡ sự cân bằng của dòng điện ở các nhánh bảo vệ, có nghĩa là làm xuất hiện thành phần không cân bằng, mà đôi khi đạt giá trị khá cao. Sự khác nhau của điện áp buộc phải chọn các máy biến dòng ở hai phía khác nhau về hệ số biến dòng cũng như về chủng loại. Để cân bằng dòng điện trên các nhánh người ta áp dụng các sơ đồ điều chỉnh nhờ sự hỗ trợ của máy biến áp tự ngẫu hoặc các máy biến dòng trung gian. Bảo vệ rơle Khái niệm chung Trong bất cứ hệ thống điện nào cũng luôn luôn tồn tại những mối đe dọa đưa hệ thống đến tình trạng hoạt động không bình thường. Các sự cố trong hệ thống điện có thể dẫn đến sự mất ổn định của các nhà máy điện, làm tan rã hệ thống dẫn đến sự gián đoạn trong cung cấp phân phối điện gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế. Để duy trì được sự làm việc bình thường của hệ thống điện cách tốt nhất là nhanh chóng cô lập các phần tử bị sự cố khỏi hệ thống, nhiệm vụ này chỉ có thể thực hiện bởi các thiết bị tự động bảo vệ, mà thường gọi là rơle. Một số khái niệm về rơle: Hiệu ứng rơle : là khả năng thiết bị có thể thay đổi chế độ theo bước nhảy khi tín hiệu đầu vào đạt một giá trị nhất định. Sự tác động của rơle phụ thuộc vào tín hiệu vào, khi tín hiệu vào rơle đạt một giá trị khởi động thì sẽ xuất hiện tín hiệu ra, và sẽ mất khi tín hiệu vào đạt giá trị trở về. Sở dĩ có sự khác nhau giữa giá trị khởi động và giá trị trở về là vì tồn tại quán tính trong các rơle. Giá trị khởi động là giá trị ở đó xuất hiện sự chuyển đổi trạng thái của rơle, dòng khởi động của rơle là giá trị nhỏ nhất của dòng điện mà làm rơle tác động. Thiết bị làm việc theo hiệu ứng rơle gọi là RƠLE. Tập hợp các thiết bị cảm nhận và thu thập thông tin về trạng thái của các phần tử mạch điện nhằm phát hiện và định vị sự cố và gửi thông tin này đến các cơ cấu thừa hành để thực hiện các thao tác cô lập loại trừ sự cố và duy trì chế độ làm việc bình thường của các phần tử mạng điện gọi là bảo vệ rơle. Nhiệm vụ của bảo vệ rơle: Phát hiện kịp thời sự cố. Nhanh chóng tác động cắt các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Tác động đến các cơ cấu khác như tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự phòng… để duy trì chế độ làm việc bình thường của phần hệ thống điện còn lại. Như vậy bản chất của bảo vệ rơle là một hệ thống điều khiển đơn giản mà trong quá trình vận hành không ngừng tiếp nhận các thông tin về trạng thái của đối tượng được bảo vệ dưới dạng các dòng điện, điện áp, tần số,.. hoặc các giá trị mã hóa của chúng; xử lý các thông tin này và truyền tín hiệu đến các cơ cấu thừa hành khi cần thiết để duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện. Các phép logic dùng trong bảo vệ rơle Việc áp dụng các phép logic có thể đơn giản hóa các sơ đồ bảo vệ rơle và thể hiện sự làm việc của sơ đồ bảo vệ một cách rõ ràng. Trạng thái tiếp điểm đóng trong các sơ đồ của rơle mô tả bằng số 1, còn khi tiếp điểm mở thì bằng số 0. Các phép logic: Phép “HOẶC”(OR): phép cộng logic (X=A + B) Phép logic “VÀ”(&): phép logic nhân (X=A.B) Phép “KHÔNG”(NO): phép logic âm hoặc phủ định (X=NA) Phép logic “KHÓA”(BLOCKING): X=A.NB Phép “TRỄ”(TIME DELAY): X=DkA- sau khi tín hiệu A truyền đến đầu vào, tín hiệu X đầu ra sẽ xuất hiện với sự chậm trễ k giây. D- toán tử trễ; k- số đơn vị làm chậm (s,ms,µs). Trong quá trình xây dựng các sơ đồ bảo vệ rơle người ta thường kết hợp nhiều dạng sơ đồ logic khác nhau để có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ một cách có hiệu quả và tin cậy nhất. Các phép logic thường được kết hợp với nhau qua sơ đồ khối, biểu thị sự liên hệ và chức năng của các phần tử logic tham gia trong sơ đồ. Các yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle Yêu cầu đối với bảo vệ rơle phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với cùng một sự cố trong các điều kiện khác nhau bảo vệ rơle sẽ tác động khác nhau. Tùy từng trường hợp cụ thể mà có yêu cầu khác nhau đối với bảo vệ rơle. Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch Tác động nhanh Sự cố cần được loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế đến mức tối đa thiệt hại và giữ sự ổn định cho các máy phát làm việc song song trong hệ thống điện. Thời gian cắt sự cố bao gồm thời gian tác động của bảo vệ (tbv) và thời gian cắt của máy cắt (tMC). Như vậy yêu cầu tác động nhanh không chỉ phụ thuộc vào tốc độ của bảo vệ mà còn phụ thuộc vào tốc độ của máy cắt. Thời gian của các bảo vệ rơle hiện đại khoảng 0.02s÷0.04s. Tính chọn lọc Tính chọn lọc là khả năng chỉ cắt các thành phần sự cố và giữ nguyên vẹn cung cấp điện cho các phần tử khác. Yêu cầu tác động chọn lọc có ý nghĩa quan trọng với việc bảo toàn cung cấp điện cho các hộ dùng điện. Độ nhạy Độ nhạy là khả năng cắt sự cố với dòng điện nhỏ nhất trong vùng bảo vệ. Độ nhạy là yêu cầu cần thiết của bảo vệ rơle để phản ứng với các chế độ làm việc không bình thường của hệ thống điện dù là nhỏ nhất. Để xác định độ nhạy của bảo vệ rơle trước hết cần thiết lập vùng bảo vệ của nó. Độ nhạy được đánh giá bởi hệ số nhạy Trong đó: Ikmin- dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ. Ikd- dòng điện khởi động của bảo vệ rơle. Để bảo vệ rơle làm việc tin cậy độ nhạy phải có giá trị lớn hơn 1, thường thì knh=1.5÷2 đối với vùng bảo vệ chính và bằng 1.2÷1.3 với vùng bảo vệ dự phòng. Độ tin cậy Độ tin cậy là khả năng bảo vệ làm việc chắc chắn trong mọi điều kiện đối với bất kỳ sự cố nào trong vùng bảo vệ, đồng thời không tác động với các chế độ mà nó không có nhiệm vụ bảo vệ. Để nâng cao độ tin cậy cần lựa chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản sử dụng các thiết bị có chất lượng cao, lắp ráp sơ đồ chính xác, chắc chắn đồng thời, thường xuyên kiểm tra tình trạng của sơ đồ và các thiết bị. Tính kinh tế Các bảo vệ rơle phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đồng thời phải được xây dựng sao cho rẻ nhất đến mức có thể. Đối với những thiết bị cao áp và siêu cao áp chi phí cho trang thiết bị lắp đặt bảo vệ rơle chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ chi phí của công trình, do đại đa số các thiết bị ở mạng điện cao áp đều rất đắt, vì vậy hệ thống bảo vệ rơle chỉ cần phải quan tâm sao cho đảm bảo được các yêu cầu cao về mặt kỹ thuật. Trong khi đó ở lưới điện trung áp và hạ áp với số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, mức độ bảo vệ yêu cầu không cao do đó cần tính đến tính kinh tế khi lựa chọn sơ đồ và trang thiết bị bảo vệ rơle sao cho vừa đảm bảo kỹ thuật vừa có chi phí thấp nhất đến mức có thể. Đối với chế độ làm việc không bình thường Đối với các chế độ làm việc không bình thường như chế độ quá tải, dao động điện áp trong hệ thống thì yêu cầu tác động nhanh không được đặt ra vì thông thường các chế độ này chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn. Còn 3 yếu tố khác vẫn phải được bảo đảm. Các nguyên lý cơ bản thực hiện bảo vệ rơle Bảo vệ dòng điện cực đại Đặc điểm của ngắn mạch là sự tăng dòng điện, vì vậy bảo vệ rơle được thực hiện theo phản ứng tăng dòng. Khi giá trị dòng điện lớn hơn giá trị khởi động thì bảo vệ sẽ tác động. Để loại trừ khả năng nhầm khi dòng điện tăng không vì lý do ngắn mạch, cần phải có một thời gian duy trì nhất định. Loại bảo vệ phản ứng theo dòng có duy trì thời gian gọi là bảo vệ dòng điện cực đại. ~ Bv2 Bv1’ Bv1 I> t t I> I> t Sơ đồ bảo vệ dòng điện cực đại Để có thể loại trừ ngắn mạch ở bất cứ pha nào, cơ cấu phản ứng của rơle được thiết lập đối với các dòng điện ở các pha IA,IB và IC hoặc theo phép logic “HOẶC”.Sự chọn lọc của các bảo vệ được đảm bảo bởi các rơle thời gian. Trong đó các bảo vệ càng đặt xa nguồn thì thời gian tác động càng nhỏ. Bảo vệ cắt nhanh ~ Bv2 Bv1 I>> BI I>> BI N Nguyên lý bảo vệ cắt nhanh Dòng ngắn mạch giảm dần theo khoảng cách từ nguồn đến điểm ngắn mạch, vì vậy có thể đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ bằng cách đặt dòng khởi động hợp lý, mà không cần đến rơle thời gian. Loại bảo vệ này có độ chọn lọc tuyệt đối và thực hiện không có duy trì thời gian nên áp dụng rất có hiệu quả trong thực tế. 2.4.3 Bảo vệ kết hợp quá dòng và sụt áp Trong thực tế đôi khi sự tăng dòng điện vượt quá giá trị định mức không chỉ do ngắn mạch mà còn nhiều nguyên nhân khác như quá tải, mở động cơ… Tuy nhiên chỉ có ở chế độ ngắn mạch điện áp mới tụt nhiều. Để phân biệt chế độ ngắn mạch với các chế độ khác, tránh sự tác động nhầm, bảo vệ rơle được thực hiện với sự kết hợp giữa các cơ cấu phản ứng theo dòng điện cực đại và cơ cấu phản ứng theo điện áp, bằng phép logic “KHÓA”. BĐI khóa BTg BĐU Bảo vệ quá dòng kết hợp với bộ khóa điện áp Bảo vệ kết hợp quá dòng cũng có thể được thực hiện bảo vệ bằng phép VÀ, tức là tín hiệu cắt chỉ được thực hiện khi vừa có tín hiệu quá dòng từ bộ đo dòng BĐI và tín hiệu giảm áp từ bộ đo áp BĐU. BTg - bộ đo thời gian. BĐI BĐU BTg & Bảo vệ quá dòng kết hợp với tín hiệu điện áp thực hiện bằng phép và 2.4.4 Bảo vệ bằng bộ lọc Đối với trường hợp ngắn mạch xa nguồn, đường dây dài, tải lớn,.. dòng ngắn mạch có thể có giá trị nhỏ, thậm chí nhỏ hơn dòng làm việc, lúc đó bảo vệ dựa trên dòng điện sẽ rất khó có thể đảm bảo độ nhạy. Khắc phục bằng cách nào? Như đã biết, khi có ngắn mạch không đối xứng, dòng ngắn mạch có thành phần thứ tự thuận, thứ tự ngược, thứ tự không. Để phân biệt với chế độ làm việc bình thường khi chỉ có thành phần thứ tự thuận, người ta sử dụng các bộ lọc để tách các thành phần dòng điện thứ tự nghịch và thứ tự không làm tín hiệu cho các bảo vệ. Cơ cấu bộ lọc gồm : bộ lọc dòng (BLI) bộ đo dòng (BĐI) bộ đo thời gian (BTg). Ở chế độ đối xứng không có thành phần thứ tự nghịch do đó không có tín hiệu X ra và bảo vệ sẽ không tác động. Khi có ngắn mạch, mặc dù dòng ngắn mạch không lớn nhưng do có tín hiệu ra ở bộ lọc thứ tự nghịch làm bảo vệ tác động, sự tác động có thể xẩy ra với một thời gian trễ với rơle thời gian. Với nguyên lý làm việc như vậy thì độ nhạy của rơle là rất cao. BLI BTg BĐI I1 I1 I1 Sơ đồ khối bảo vệ bằng bộ lọc 2.4.5 Bảo vệ có hướng Bảo vệ có hướng là loại bảo vệ áp dụng cho các mạng điện có kết cấu phức tạp, thường được kết hợp với các nguyên lý bảo vệ khác để tăng cường sự chọn lọc và hiệu quả bảo vệ. Bảo vệ có hướng phải trang bị bộ phận định hướng để bảo vệ chỉ tác động khi dòng ngắn mạch đi từ thanh cái vào đường dây và sẽ không tác động trong trường hợp ngược lại. Cơ cấu định hướng được thực hiện bởi rơle công suất RW. Sự định hướng của rơle công suất được thực hiện theo chiều của các vector dòng và áp. Bảo vệ có hướng được thực hiện với sự tham gia của phép logic “VÀ”, lệnh cắt chỉ thực hiện khi đồng thời có tín hiệu từ rơle dòng điện cực đại và rơle công suất. BĐI BĐW BTg & Sơ đồ cấu trúc của bảo vệ có hướng 2.4.6 Bảo vệ khoảng cách HT RZ IK BI BU UR N U=f(I) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách Bảo vệ khoảng cách được thực hiện theo nguyên lý đo điện trở của đối tượng bảo vệ. Khi xảy ra ngắn mạch, cả 2 đại lượng dòng điện ngắn mạch IK và điện áp dư U (hao tổn điện áp trên đường dây khi có dòng ngắn mạch chạy qua) đều thay đổi, nếu ta đưa các tín hiệu này vào rơle thì sẽ nhận được các giá trị gọi là giá trị giả tưởng (còn gọi giá trị điện trở ảo). Điện trở ảo được tính theo công thức: Trong đó: IK- dòng điện ngắn mạch 3 pha; Z0- suất điện trở của một đơn vị chiều dài đường dây; IK- khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch; ni, nU- hệ số biến dòng và biến áp. Như vậy điện trở cảm nhận được của rơle phụ thuộc vào khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch IK. Để rơle chỉ tác động trong vùng bảo vệ thì điện trở khởi động phải nhỏ hơn điện trở của đối tượng được bảo vệ. 2.4.7 Bảo vệ so lệch dòng điện Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện dựa trên sự so sánh trị số và góc pha của dòng điện ở đầu và cuối vùng bảo vệ. Khi xảy ra ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ, dòng ở đầu và cuối đường dây có cùng giá trị và cùng chiều, còn khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ thì các dòng điện có chiều ngược nhau và nói chung không bằng nhau. Dòng điện đi vào rơle bằng hiệu 2 dòng điện thứ cấp, vì vậy trong trường hợp ngắn mạch ngoài thì nó có giá trị bằng 0, còn trong vùng bảo vệ thì nó có giá trị nhất định. Nếu đưa tín hiệu này đến cơ cấu thừa hành thì bảo vệ sẽ tác động một cách tin cậy. Bảo vệ so lệch có độ chọn lọc tuyệt đối và không có duy trì thời gian. Do ở chế độ bình thường không có dòng điện đi qua rơle nên dòng khởi động thường được chọn không lớn, điều đó làm tăng đáng kể độ nhạy của rơle. Bảo vệ được thực hiện bằng cách so sánh các giá trị dòng điện đầu và cuối đối tượng gọi là bảo vệ so lệch dọc. Đối với những phần tử đặt song song có thể thực hiện so sánh dòng giữa 2 phần tử lúc sự cố, bảo vệ này được gọi là bảo vệ so lệch ngang. HT1 ~ ~ BV1 BV2 HT2 N1 N2 Ik1. 1 Ik2. 1 Ik1.2 Ik1.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch pha Bảo vệ so lệch pha làm việc theo nguyên lý so sánh pha của dòng điện ở 2 đầu đường dây được bảo vệ. Quy định dòng điện qua các bảo vệ đi từ thanh cái vào đường dây là chiều dương, còn đường dây vào thanh cái-chiều âm. Khi có ngắn mạch xẩy ra ở trong vùng bảo vệ (N1), dòng điện ngắn mạch IK1.1và IK2.1 qua các bảo vệ BV1 và BV2 đều có chiều đi từ thanh cái vào đường dây, tức là cùng chiều dương nên các bảo vệ sẽ tác động. Khi có ngắn mạch xẩy ra ở ngoài vùng bảo vệ (N2) các dòng điện ngắn mạch IK1.2 và IK2.2 qua các bảo vệ BV1 và BV2 có chiều ngược chiều nhau 1800 nên bảo vệ sẽ không tác động. Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ dòng I1.1 và I2.1 cùng pha nhau do đó bảo vệ tác động cắt máy cắt ở cả 2 đầu dây. PHẦN 2: ỨNG DỤNG RƠLE SỐ SEL-551 VÀO BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ._. ĐÓNG LẶP LẠI Chương 1: BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI 1 Bảo vệ quá dòng 1.1 Khái niệm chung Đây là một trong những dạng bảo vệ sớm nhất, đơn giản nhất và có giá thành rẻ nhất trong số các loại rơle dùng phổ biến hiện nay trong hệ thống điện. Mặc dù trải qua nhiều thay đổi về hình thức, cấu tạo, nguyên lý làm việc, cho đến nay đây vẫn là loại thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các sơ đồ bảo vệ các bộ phận khác nhau của hệ thống điện. Nguyên tắc chung nhất không thay đổi của bảo vệ quá dòng từ rơle điện cơ đến rơle số là đo lường sự cố dòng sự cố và phát tín hiệu cắt máy cắt hoặc/và báo tín hiệu khi giá trị dòng này vượt qua ngưỡng cho phép trong thời gian xác định. Chức năng của loại bảo vệ này là chống các ngắn mạch pha và các sự cố chạm đất phụ thuộc vào vị trí đặt biến dòng điện. Về hình thức, bảo vệ quá dòng có thể được chế tạo dưới dạng thiết bị độc lập (thiết bị điện cơ, tĩnh) hay được tích hợp với các chức năng bảo vệ khác (rơle số) hoặc các bộ phận gắn liền với các trang bị đóng cắt. Bảo vệ quá dòng về bản chất là loại vô hướng, nó tác động không phụ thuộc vào chiều dòng sơ cấp chạy qua đối tượng bảo vệ. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp để tăng độ chọn lọc, người ta sử dụng loại bảo vệ quá dòng có hướng chỉ phản ứng đối với dòng ngắn mạch chạy đến từ một phía. Để làm được điều này, người ta cần xác định được pha của dòng bằng cách đo thêm điện áp. Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cho cùng một đối tượng trong trường hợp vô hướng và có hướng có thể không bằng nhau. Bảo vệ quá dòng thường là loại bảo vệ không cục bộ có vùng tác động thay đổi phụ thuộc vào dạng sự cố và chế độ hệ thống điện nên giới hạn của nó không xác định trước bởi các giá trị đặt của bảo vệ và vị trí các biến dòng. Vì vậy, để chức năng này không bỏ sót các khu vực trong đối tượng bảo vệ, người ta thường cài đặt chúng với vùng tác động lấn sang các vùng của các bảo vệ khác. Lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất của bảo vệ quá dòng là lưới phân phối, nơi nó có thể được dùng như một loại bảo vệ chính. Đối với lưới có cấp điện áp cao hơn như lưới truyền tải cao áp, bảo vệ quá dòng thường chỉ được sử dụng như một loại bảo vệ dự phòng. Trong đường dây siêu cao, bảo vệ quá dòng chỉ được dùng như một chức năng phụ trợ trong một vài trường hợp khẩn cấp, khi các bảo vệ chính và dự phòng khác không làm việc. 1.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian Đây là chức năng đặc thù của rơle quá dòng được sử dụng rộng rãi ở nước ta. Ưu điểm của chức năng này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơn giản và dễ áp dụng. Giá trị đặt I> của bảo vệ là ngưỡng dòng chỉnh định trong bộ nhớ rơle mà khi dòng sự cố vượt quá nó trong thời gian xác định t> thì bảo vệ sẽ tác động. Giá trị này trong trường hợp chung được xác định tuỳ thuộc vào cách chọn phương pháp phối hợp giữa các cấp bảo vệ. Trong rơle số, đại lượng này có thể được cho theo giá trị sơ cấp hay bội số của giá trị danh định của biến dòng hay bội số của dòng danh định qua đối tượng bảo vệ. Thời gian đặt t> của bảo vệ được chọn xuất phát từ yêu cầu sau: Phải đủ nhỏ để thấp hơn thời gian chịu quá dòng an toàn của đối tượng bảo vệ; thời gian cho trong các tài liệu kỹ thuật đi kèm theo thiết bị. Phải đủ lớn để phối hợp tốt với các bảo vệ quá dòng của các cấp phía sau liền kề để đảm bảo độ chọn lọc. 1.2.1 Các phương thức phối hợp bảo vệ quá dòng Tồn tại 3 phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là phương pháp theo thời gian, theo dòng và phương pháp hỗn hợp giữa thời gian và dòng. Phối hợp các bảo vệ theo thời gian Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo vệ rơle hiện nay. Nguyên tắc của phương pháp này là chọn thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng an toàn ∆t so với thời gian tác động lâu nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó tn = t(n-1)max +∆t, trong đó: tn là thời gian đặt đang xét của cấp bảo vệ thứ n tính từ phía tải (bảo vệ 3); t(n-1)max thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó tính từ phía tải (bảo vệ 2’); ∆t là độ phân cấp về thời gian, được xác định bởi công thức: với ER sai số thời gian tương đối của chức năng quá dòng rơle cấp đang xét (có thể gây tác động sớm hơn) và cấp bảo vệ trước (kéo dài thời gian tác động của bảo vệ trước); tMC(n-1) - thời gian cắt của máy cắt cấp bảo vệ trước (về phía tải), có giá trị bằng 0,1-0,2s đối với máy cắt không khí, bằng 0,06-0,08s đối với máy cắt chân không, bằng 0,04-0,05s đối với máy cắt khí SF6; tqt - thời gian sai số do quán tính khiến cho rơle vẫn ở trạng thái tác động mặc dù ngắn mạch đã bị cắt, đối với rơle số thường nhỏ hơn 0,05s; tdp - thời gian dự phòng. Đối với rơle điện cơ độ phân cấp về thời gian ∆t thường chọn bằng 0,5s, rơle tĩnh khoảng 0,4s. Đối với rơle số, giá trị này còn hạ thấp hơn tuỳ theo loại máy cắt được sử dụng, thường là 0,2-0,35s. 2 1 3 ˜ t3 t2’ t2 t1’ 2’ 1’ B A C Phối hợp của bảo vệ quá dòng theo thời gian Giá trị đặt dòng I> trong trường hợp sử dụng phương pháp phối hợp theo thời gian được xác định theo điều kiện làm việc cực đại của đối tượng bảo vệ, tức là dòng duy trì cho phép cực đại mà đối tượng bảo vệ có thể làm việc lâu dài: Trong đó: khc là hệ số điều chỉnh, thường không vượt quá 1,3 để giảm thiểu khả năng quá tải; ktv- hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể đạt tới 0,98. Giá trị dòng đặt của bảo vệ cần phải lớn hơn chế độ dòng tải cực đại qua đối tượng bảo vệ, đồng thời phải nhỏ hơn dòng sự cố nhỏ nhất. Dòng làm việc cực đại của đối tượng bảo vệ thường xác định trong chế độ cực đại của hệ thống và thường bằng 1,05-1,2 dòng tải danh định. Trong một vài rơle số người ta yêu cầu phải cài đặt giá trị dòng thứ cấp của bảo vệ. Khi đó giá trị này sẽ được tính theo công thức: Trong đó: nI là hệ số biến dòng; ksd hệ số sơ đồ phụ thuộc vào cách mắc các biến dòng. Phối hợp các bảo vệ theo dòng Phối hợp các bảo vệ liền kề chỉ theo giá trị dòng dựa trên nguyên tắc là dòng sự cố giảm dần theo khoảng cách từ điểm ngắn mạch tới nguồn tăng lên. Phương pháp này dựa trên cách tính dòng ngắn mạch pha và lựa chọn giá trị đặt của các bảo vệ theo kết quả nhận được sao cho rơle ở gần điểm sự cố nhất sẽ cắt máy cắt. Trong trường hợp chung, giá trị đặt dòng của cấp bảo vệ thứ n tính từ phía tải chọn bởi phương pháp phối hợp theo dòng sẽ có dạng như sau: Trong đó: ∑Zn-1 là tổng trở đường dây từ nguồn đến đầu cấp bảo vệ thứ n-1; kat =1,1÷1,3 là hệ số an toàn để đảm bảo bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai số tính dòng ngắn mạch (10% do các biến dòng và độ thiếu chính xác về thông số đường dây, và 20% do tổng trở nguồn bị biến động), hệ số này được chọn theo chế độ hệ thống điện và tương quan giữa tổng trở đường dây với tổng trở nguồn; Znguonmax là tổng trở của nguồn trong chế độ cực đại. Ta thấy rằng do có hệ số an toàn nên giá trị đặt dòng của bảo vệ lớn hơn so với dòng NM ngoài cực đại. 1.2.2 Cách cài đặt các giá trị chỉnh định trong role quá dòng số Khi cài đặt các giá trị chỉnh định vào bộ nhớ của rơle, trước hết ta cần nhập các mật khẩu để có thể truy nhập và thay đổi các giá trị chỉnh định bên trong rơle. Sau đó, ta có thể sử dụng các phím chữ số để nhập các giá trị bất kỳ hay các phím mũi tên để lựa chọn theo giá trị có sẵn trong rơle. Việc thay đổi bộ thông số chỉnh định có thể do người sử dụng trực tiếp lựa chọn hay được điều khiển từ xa qua các đầu vào số hoặc truyền tin. Đối với rơle quá dòng số ta cần chú ý các đại lượng dòng sau đây đặc trưng cho đối tượng bảo vệ và chức năng quá dòng: Dòng sơ cấp IBIsc và thứ cấp IBItc danh định hay hệ số của biến dòng được lựa cho rơle theo danh mục thiết bị có sẵn. Các giá trị này phù hợp với rơle bảo vệ, trên thực tế rơle thường làm việc dòng thứ cấp là 1A hay 5A tuỳ theo đơn vị đặt hàng. Dòng danh định Id hoặc dòng làm việc cực đại Ilvmax của đối tượng bảo vệ, thường được quy về giá trị bội số hay phần trăm giá trị dòng danh định sơ cấp hay thứ cấp của biến dòng. Trong trường hợp không thoả mãn các điều kiện ràng buộc trên, giá trị vừa nhập sẽ nhấp nháy không ổn định báo hiệu việc cài đặt không có hiệu lực. Giá trị đặt của bảo vệ quá dòng I>, I>>,I0>, I0>> thường được chọn đa dạng theo các giá trị dòng sơ cấp, thứ cấp hay bội số của giá trị danh định sơ cấp hay thứ cấp của biến dòng tuỳ theo loại rơle được sử dụng. Các thời gian đặt của bảo vệ cũng phải được chọn trong miền giá trị cho trước của rơle. 1.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh Trong các rơle số, chức năng bảo vệ cắt nhanh thường có dạng đặc tuyến độc lập với giá trị thời gian đặt thay đổi được trong khoảng rộng. Chức năng của nó nói chung giống bảo vệ quá dòng cắt nhanh trong các rơle cổ điển. Tuy nhiên, nó còn có thể được sử dụng như là một bảo vệ dự phòng cho chức năng ngưỡng thấp, khi được cài đặt với dòng lớn hơn giá trị ngưỡng thấp và thời gian lâu hơn bảo vệ cắt nhanh. Chức năng này có khả năng làm việc có chọn lọc trong lưới cấu hình bất kỳ, với một hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn hay thanh cái trạm biến áp. Tính toán giá trị đặt của bảo vệ Để đảm bảo độ chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ cắt nhanh phải được chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ngắn mạch 3 pha) đi qua chỗ đặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài đối tượng bảo vệ. Giá trị đặt cắt nhanh I>> được xác định theo điều kiện I>>= kat .Imax ngoài Trong đó: kat là hệ số an toàn được đưa vào để tính đến ảnh hưởng của các sai số do tính toán ngắn mạch, do cấu tạo rơle, do thành phần không chu kỳ trong dòng NM và các biến dòng, nó có giá trị từ 1,2÷1,3 đối với rơle điện cơ và 1,15 đối với rơle số. Hệ số này cần được chọn càng nhỏ càng tốt để tăng vùng bảo vệ của chức năng cắt nhanh. Imax ngoài là dòng ngắn mạch ngoài cực đại ở đường biên của bảo vệ. Cuối cùng, giá trị đặt của chức năng cắt nhanh phải lớn hơn so với dòng xung kích khi đóng mạch nguồn cung cấp hay cắt NM ngoài. Thời gian đặt t>> của bảo vệ quá dòng cắt nhanh thường cho bằng 0. Tuy nhiên, trong một số trường hợp để tránh rơle tác động nhầm trong các chế độ nhiễu loạn khi thành phần khác với 50Hz vượt quá giá trị nào đó, đại lượng này có thể đặt bằng 1 vài chu kỳ tần số công nghiệp để rơle có thời gian lọc các tín hiệu nhiễu ra khỏi thành phần dòng đầu vào. Trên thực tế, thời gian cắt nhanh của bảo vệ t>> có giá trị khoảng 0,03÷0,05s tuỳ theo từng loại rơle. 1.3.2 Lĩnh vực ứng dụng của bảo vệ quá dòng cắt nhanh Trong trường hợp chung, bảo vệ quá dòng cắt nhanh được sử dụng để cắt các dòng ngắn mạch lớn trong giới hạn của đối tượng được bảo vệ. Do vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh chỉ bao trùm một phần đường dây được bảo vệ nên nó không thể làm bảo vệ chính hoặc duy nhất. Tuy nhiên trong một số trường hợp đặc thù, như trong mạng hình tia cung cấp cho máy biến áp làm việc hợp bộ, có thể sử dụng bảo vệ quá dòng cắt nhanh để bảo vệ toàn bộ đường dây nếu ta cho phép nó tác động khi có sự cố bên trong máy biến áp. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh còn kết hợp với thiết bị tự đóng lại (TĐL). Đây là thiết bị được sử dụng để duy trì sự làm việc của hệ thống khi ngắn mạch thoáng qua. Trong trường hợp này, độ chọn lọc của bảo vệ không quan trọng bằng tốc độ cách ly sự cố nhanh. Bình thường thì vùng tác động của chức năng cắt nhanh được đặt ngắn hơn các bảo vệ phía trước. Nhưng với TĐL nó có thể được chọn dài hơn, như trường hợp “tiết kiệm cầu chì”. Khi đó bảo vệ cắt nhanh sẽ bao trùm từ các cầu chì của trạm phía trước cho đến tận thiết bị TĐL đầu tiên. Giá trị đặt dòng thực tế sẽ được chọn căn cứ vào điều kiện đảm bảo độ chọn lọc với các bảo vệ phía trước. Một trong những ứng dụng khác của chức năng quá dòng này là làm việc với các sơ đồ liên động ngược bảo vệ thanh cái cho các xuất tuyến. Khi đó, các giá trị đặt dòng của bảo vệ cắt nhanh I>> và bảo vệ quá dòng có thời gian I> được bằng nhau, chỉ có thời gian đặt là khác nhau. Cấp cắt nhanh để cách ly nhanh sự cố trên thanh cái, còn quá dòng có thời gian để dự phòng cho các sự cố trên các xuất tuyến đi từ thanh cái. Đối với các đường dây dài có tổng trở đường dây lớn hơn nhiều so với tổng trở nguồn, chức năng cắt nhanh làm việc kết hợp với chức năng quá dòng có thời gian có đặc tuyến phụ thuộc. Cấp cắt nhanh để bảo vệ đoạn đầu phía nguồn của đường dây với dòng ngắn mạch lớn, còn bảo vệ quá dòng có thời gian cho phép rơle tác động với thời gian lâu hơn ở các vị trí sự cố phía cuối đường dây. 1.3.3 Các trường hợp không sử dụng bảo vệ cắt nhanh Bảo vệ cắt nhanh khá nhạy cảm với sự biến động của chế độ hệ thống điện. Nó không áp dụng nếu dòng sự cố khi có ngắn mạch ở đầu đường dây phía nguồn trong chế độ cực tiểu nhỏ hơn dòng sự cố khi có ngắn mạch ở cuối đường dây trong chế độ cực đại, nghĩa là IA1min< IK1. Khi đó ta có: Điều này có nghĩa là bảo vệ không áp dụng được nếu tỉ số dòng NM khi có sự cố ở hai đầu đường dây trong chế độ cực đại nhỏ hơn tỉ số dòng ở đầu xa nguồn trong chế độ cực đại ứng với Znguồn min và cực tiểu ứng với Znguồn max: Như vậy, khi nguồn điện hệ thống biến động mạnh hay có dao động điện trong hệ thống do có ngắn mạch ngoài, bảo vệ cắt nhanh hoặc sẽ không tác động, hoặc sẽ tác động không chọn lọc tuỳ theo giá trị cài đặt của nó được xác định trong chế độ làm việc nào. Trong trường hợp dây quá ngắn, nếu giá trị dòng đặt I>> lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại trong đường dây, tức là: IA1 max ≤ I>>=kat . Imax, với IA1 max dòng NM cực đại từ nguồn 1 tới khi có NM ba pha trên thanh cái trạm A, thì chức năng cắt nhanh sẽ không tác động bảo vệ đường dây này. Như vậy, khi sử dụng quá dòng cắt nhanh cần phải kiểm tra các điều kiện đã nêu trên. Nếu chúng xảy ra thì khi đó chỉ nên cài đặt cấp bảo vệ quá dòng có thời gian với thời gian phụ thuộc. Việc áp dụng các công thức trên phụ thuộc vào đường dây được cung cấp nguồn từ một hay hai đầu và bảo vệ thuộc loại vô hướng hay có hướng. 2 Tự động đóng lặp lại Theo kinh nghiệm thực tế có đến trên 80% sự cố trên đường dây thuộc loại sự cố thoáng qua. Sau khi được cắt ra khỏi mạng điện, cách điện của phần tử bị sự cố lại nhanh chóng được phục hồi và có thể sẵn sàng làm việc bình thường. Phương pháp đóng lặp lại đường dây cho phép giảm đi đáng kể thiệt hại do sự cố gây nên. Việc đóng lặp lại mạng điện có thể được thực hiện một, hai, hoặc tới ba lần. Yêu cầu cơ bản của đóng lại là tác động nhanh để đáp ứng được thời gian mất điện nhỏ nhất đến mức có thể, tránh được thiệt hại không đến mức tối đa. Thời gian mất điện càng ít thì khả năng phục hồi chế độ làm việc bình thường của các hộ dung điện càng dễ dàng. Mặt khác, thời gian mất điện cũng phải đủ lớn để quá trình dập ion hoá của khoảng hồ quang được thực hiện giúp cho việc phục hồi điện áp được dễ dàng. Thời gian dập ion hoá của khoảng phóng điện phụ thuộc vào cấp điện áp : đối với mạng điện 220kV thời gian này khoảng tion=0,3s, đối với lưới 110kV-0,15s và lưới 35kV-0,07s. Máy cắt có trang bị đóng lặp lại phải đủ chắc chắn, tin cậy vì trong một khoảng thời gian ngắn nó phải cắt dòng điện ngắn mạch liên tục nhiều lần. Tự động đóng lặp lại phải trở về ngay trạng thái ban đầu sau khi tác động để chuẩn bị cho lần đóng sau. Tự đóng lại chỉ thực hiện đúng số lần đã định và không được thực hiện khi thao tác bằng tay. 2.1 Phối hợp tự đóng lại với bảo vệ rơle Cơ cấu tự đóng lại được thực hiện trên cơ sở tác động của bảo vệ rơle, vì vầy cần phải có sự phối hợp chặt chẽ với nó. Nếu không phối hợp đúng giữa TĐL và bảo vệ rơle thì có thể xẩy ra sự thiếu chọn lọc của bảo vệ. Điều đó xẩy ra trong trường hợp do thời gian không điện của TĐL quá nhỏ, bảo vệ trước đó chưa kịp trở về trạng thái ban đầu, khi đó nếu TĐL không thành công thì BV3 sẽ tiếp tục đếm thời gian từ khi sự cố bắt đầu xẩy ra và sẽ tác động cắt sớm hơn so với sự tác động của BV2. Để khắc phục điều đó, thời gian không điện của TĐL t0đ phải được chọn lớn hơn thời gian trở về của BV3 ttvBV3 hoặc thời gian tác động của BV3 tBV3 phải được chọn không chỉ tính đến thời gian tác động của BV2 tBV2 , mà cả của TĐL tTĐ nữa, tức là t0đ > ttvBV3 hoặc tBV3 > tBV2 + tTĐL. Tuy nhiên như vậy sẽ tăng tổng thời gian của các bảo vệ ở gần nguồn. Điều này có thể khắc phục bằng cách sử dụng sơ đồ bảo vệ role tác động nhanh trước hoặc sau TĐL. 2.2 Sơ đồ bảo vệ tác động nhanh trước TĐL Sơ đồ kết hợp bảo vệ tác động nhanh trước TĐL được thể hiện ở hình dưới. RU I HT 3MC 2MC 1MC RI RI RG Rt T ÐL ĐD2 ĐD1 N 3 N 2 N 1 1 3 4 2 + + + Bảo vệ dòng điện cực đại nhiều vùng làm việc với thời gian được chọn theo nguyên tắc tăng dần về phía nguồn. Để tăng cường sự chọn lọc cho bảo vệ có thời gian duy trì của đường dây 2, một bảo vệ cắt nhanh hoặc bảo vệ dòng cực đại không có thời gian trễ (rơle 3) và TĐL được bổ xung vào sơ đồ. Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn sao cho bảo vệ không phản ứng đối với dòng điện ngắn mạch xảy ra sau máy biến áp ( tại điểm N1). Khi ngắn mạch xẩy ra trên đường dây 1 và đường dây 2 bảo vệ cắt nhanh (rơle 3) sẽ tác động sau đó nó bị loại ra bởi tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian RG mở ra, vì rơle này được cung cấp nguồn từ TĐL. Nếu ngắn mạch tự tiêu tan thì máy cắt 2MC sau khi TĐL tác động vẫn giữ nguyên trạng thái đóng và sự cung cấp điện được phục hồi cho toàn mạng. Nếu ngắn mạch vẫn tồn tại thì đoạn sự cố được cắt ra bởi bảo vệ dòng điện cực đại với một thời gian trễ. Sơ đồ bảo vệ cắt nhanh trước TĐL cho phép chỉ cần đặt cơ cấu TĐL ở đoạn đầu nguồn, nhưng chính vì vậy mà việc áp dụng nó cho mạng điện có phân đoạn đường dây sẽ không phù hợp. Việc cắt dòng ngắn mạch với một thời gian trễ là một hạn chế của sơ đồ này. 2.3 Sơ đồ tác động nhanh sau TĐL Sơ đồ kết hợp bảo vệ tác động sau TĐL chỉ khác so với sơ đồ bảo vệ tác động nhanh trước TĐL ở sự làm việc của rơle trung gian 4, cụ thể là tiếp điểm của rơle thường mở chứ không phải là thường đóng. Khi có sự cố ngắn mạch tại điểm N3 của đường dây 2, đầu tiên bảo vệ tác động với một thời gian trễ máy cắt 2MC được cắt ra. Sau đó TĐL tác động đóng 2MC đồng thời rơle trung gian 4RG khởi động đóng tiếp điểm thường mở của mình đưa bảo vệ cắt nhanh vào hoạt động. Nếu ngắn mạch vẫn tồn tại thì bảo vệ cắt nhanh sẽ cắt máy cắt 2MC không có thời gian trễ. Khi có ngắn mạch tại điểm N2 hoặc N1 của đường dây 1 máy cắt 1MC sẽ cắt mạch. Nhược điểm của phương pháp này là thời gian cắt đoạn sự cố lớn do phải tính đến thời gian của bảo vệ dòng điện cực đại và thời gian tác động của TĐL. Khi thời gian cắt dòng ngắn mạch lớn thì sự cố không bền vững có thể chuyển sang bền vững. Ngoài ra sau thời gian cắt bảo vệ các động cơ dị bộ đã bị dừng và chúng sẽ khởi động lại sau khi TĐL tác động làm cho dòng điện trong mạch tăng lên có thể lại dẫn đến sự cắt mạch bởi bảo vệ dòng điện cực đại. Chương 2: ỨNG DỤNG RƠLE SỐ SEL-551 TRONG BẢO VỆ QUÁ DÒNG VÀ ĐÓNG LẶP LẠI 1 Tổng quan về role SEL-551 1.1 Khái quát chung Mặt trước panel của SEL-551 Bố trí của phần cứng: Mặt sau panel của SEL-551: khối đầu cực hoặc đầu cắm bộ kết nối. Tiếp điểm đầu ra bộ ngắt dòng điện cao: 10A cho L/R=40ms tại 125Vdc. Cổng giao tiếp ( cuộn dây 4 ) của EIA232 hoặc EIA485. Vị trí phần cứng của SEL-551 1.2 Những đặc tính kỹ thuật 1.2.1 Dòng điện xoay chiều đầu vào 5A (định mức ) : 15A liên tục, tuyến tính 100A đối xứng, Tải trọng: 0.06VA ở 1A, 0.8VA ở 3A. 1A (định mức ) : 3A liên tục, tuyến tính : 20A đối xứng, Tải trọng : 0.06VA ở 1A, 0.18VA ở 3A. Hệ thống tần số: 60/50Hz và sự quay các pha ABC/ACB tùy theo sự cài đặt của người sử dụng. 1.2.2 Tiếp điểm đầu ra Khối tiếp điểm Liên tục 6A, 270Vac/360Vdc tùy theo cấp độ bảo vệ khác nhau. Thời gian tác động/thời gian trở về : < 5ms. Khả năng cắt (L/R=40ms): 24V 0.75A 10.000 vòng 48V 0.50A 10.000 vòng 125V 0.30A 10.000 vòng 250V 0.20A 10.000 vòng Khả năng tuần hoàn (L/R=40ms): 24V 0.75A 2.5 chu kỳ/s 48V 0.50A 2.5 chu kỳ/s 125V 0.30A 2.5 chu kỳ/s 250V 0.20A 2.5 chu kỳ/s Đầu cắm bộ nối (ngắt dòng điện cao) Liên tục 6A, 330Vdc tùy theo cấp độ bảo vệ khác nhau. Thời gian tác động : <5ms. Thời gian trở về : <8ms. Khả năng cắt 10A 10,000 vòng 24,48,và 125V ( L/R=40ms ) 250V ( L/R=20ms ) Khả năng tuần hoàn 10A 4 chu kỳ/s, cho phép 2phút ngừng hoạt động để xả nhiệt. 24,48,125V ( L/R=40ms ) 250V ( L/R=20ms) 1.2.3 Các đầu vào quang định mức Loại đầu vào này phụ thuộc vào thứ tự lựa chọn của rơle. Đầu vào cảm biến mức khác với đầu vào jum đã đặt.Với hiệu điện thế nguồn theo danh định thì mỗi đầu vào vẽ được dòng điện xấp xỉ 4A. Khối đầu cực Kiểu đầu cực của Sel 551 có thể là thứ tự theo đầu vào quang ở hiệu điện thế jum đã đặt hoặc đầu vào quang cảm biến mức. Hiệu điện thế jum điều khiển: tất cả các đầu vào được lập trình độc lập với nhau để hoạt động tại bất kỳ mức hiệu điện thế danh định cho phép. 24Vdc: trong khoảng 15-30Vdc; 48Vdc: trong khoảng 30-60Vdc; 125Vdc: trong khoảng 80-150Vdc; 250Vdc: trong khoảng 150-300Vdc; Cảm biến mức: tất cả đầu vào được lập trình theo người sử dụng với một giá trị hiệu điện thế cố định nên không thể thay đổi : 48Vdc: trong khoảng 38.4-60Vdc; cắt khi thấp hơn 28.8Vdc; 125Vdc: trong khoảng 105-150Vdc; cắt khi thấp hơn 75Vdc; 220Vdc: trong khoảng 176-264Vdc; cắt khi thấp hơn 132Vdc; 250Vdc: trong khoảng 200-300Vdc; cắt khi thấp hơn 150Vdc; Đầu cắm bộ nối: Tiêu chuẩn ( cảm biến mức 0 ): 24Vdc: trong khoảng 15-30Vdc; 1.2.4 Cảm biến mức Các kiểu đầu cắm được trang bị với cảm biến mức đầu vào cố định. Tất cả những đầu vào này được lập trình theo mục đích sử dụng. 48Vdc: trong khoảng 38.4-60Vdc; cắt khi thấp hơn 28.8Vdc; 125Vdc: trong khoảng 105-150Vdc; cắt khi thấp hơn 75Vdc; 250Vdc: trong khoảng 38.4-60Vdc; cắt khi thấp hơn 150Vdc; Công suất nguồn định mức Định mức 125/250Vdc hoặc Vac Phạm vi 85-350Vdc hoặc 85-264Vac Sự gián đoạn 100ms@125Vdc Độ nhấp nhô 100% Tải trọng < 5W Định mức 48/125Vdc hoặc Vac Phạm vi 36-200Vdc hoặc 85-140Vac Sự gián đoạn 100ms@125Vdc Độ nhấp nhô 5% Tải trọng < 5.5W Định mức 24Vdc Phạm vi 16-36Vdc phân cực phụ thuộc Sự gián đoạn 25ms@36Vdc Độ nhấp nhô 5% Tải trọng < 5.5W 1.2.5 Phần tử quá dòng Tức thời Quá dòng có thời gian Pha 50P1 ÷ 50P6 51P1T,52P2T Pha đơn 50A,50B,50C Trung tính chạm đất* 50N1,50N2 51N1T Chạm đất dòng điện dư 50G1,50G2 51G1T Thứ tự ngược (3I2)** 50Q1,50Q2 51Q1T,51Q2T Phạm vi đặt, 5A danh định*** OFF, 0.5-0.8A OFF,0.5-16.0A Phạm vi đặt, 1A danh định*** OFF, 0.1-0.6A OFF,0.1-3.2A * những phần tử quá dòng trung tính chạm đất (50N1,50N2,51N1T) được tách ra từ dòng điện vào trung tính trên kênh IN. Tất cả các phần tử quá dòng khác ( bao gồm phần tử quá dòng chạm đất dòng dư ) hoạt động từ dòng điện pha đầu vào kênh IA,IB,IC. ** phần tử quá dòng thứ tự ngược. *** sử dụng dòng điện định mức (5A hoặc 1A) cho các pha (A,B,C) và trung tính (IN) theo lý thuyết. Đặc tính quá dòng có thời gian Dòng tác động chính xác: ±0.10A thứ cấp và ±5% của giá trị đặt (5A danh định ). ±0.02A thứ cấp và ±5% của giá trị đặt (1A danh định ). Đặc tuyến thời gian chính xác: ±1.5 chu kỳ và ±4% đặc tuyến thời gian dòng điện giữa khoảng 102 và 1030 lần thời gian tác động. Quá vùng chuyển tiếp: < 5% thời gian tác động. Đặc tính quá dòng cắt nhanh Dòng tác động chính xác: ±0.10A thứ cấp và ±5% của giá trị cài đặt (5A danh định). ±0.02A thứ cấp và ±5% của giá trị cài đặt (1A danh định ). Quá vùng chuyển tiếp: < 5% thời gian tác động. 1.2.6 Bảo vệ máy biến dòng bão hòa Phần tử quá dòng cắt nhanh trong Sel-551 ở trạng thái bình thường sử dụng đầu ra của một bộ lọc số cosin. Khi CT bão hòa mạnh thì tình trạng dòng điện rò là rất nặng, rơle phát hiện ra sự cố này điều khiển các phần tử quá dòng hoạt động theo đầu ra máy dò đỉnh xung. Các bộ lọc này cung cấp khả năng để dịch chuyển những dòng điện một chiều và các sóng hài. Việc kết hợp 2 bộ lọc cung cấp một giải pháp bảo đảm rằng phần tử quá dòng cắt nhanh hoạt động tốt. 1.2.7 Đặc tính bộ thời gian Những phần tử quá dòng cắt nhanh hoạt động theo nguyên tắc hoặc là đầu ra bộ lọc số cosin hoặc đầu ra của máy dò đỉnh xung. Khi sóng hài biến dạng vượt quá ngưỡng cho phép cố định đến mức CT bão hòa mạnh thì các phần tử quá dòng cắt nhanh sẽ hoạt động theo các đầu ra của máy dò đỉnh xung. Khi sóng hài thấp hơn ngưỡng cố định cho trước phần tử quá dòng cắt nhanh hoạt động theo đầu ra của bộ lọc số cosin. Sel 551 là rơle thời gian đóng lặp lại, bộ thời gian có chương trình, và các bộ thời gian khác. Tất cả các bộ thời gian này được cài đặt trong những chu kỳ, trong quá trình tăng lên từng 1/8 chu kỳ. Rơle tuần hoàn khi giá trị đặt của thời gian được nhập vào tăng lên hoặc giảm xuống ở 1/8 chu kỳ gần nhất. Độ chính xác của bộ thời gian: ±0.25 chu kỳ và ±0.1% thời gian cài đặt. 2 Các phần tử rơle và nguyên lý hoạt động 2.1 Mã nhị phân và SELogic điều khiển tính toán 2.1.1 Mã nhị phân của rơle (role word bit) Các đầu ra của khối logic hầu hết được mô tả trong mục này dưới lớp mã nhị phân của rơle (role word bit). Mã nhị phân là tên lớp (ví dụ như: 51P1T,TRIP,CLOSE,…). Chúng là các điểm logic có thể ở trạng thái : 1 ( logic 1 ) hoặc 0 ( logic 0 ) phụ thuộc vào sự hoạt động của logic liên kết. Mức logic 1 khi một yếu tố là tác động, thời gian nghỉ, các tình trạng xác nhận khác. Mức logic 0 khi một yếu tố là trở về, hoặc các trạng thái khác xác nhận lại. 2.1.2 SELogic điều khiển tính toán Giá trị đặt của SELogic điều khiển tính toán là những đầu vào của khối logic. Việc cài đặt này được viết theo logic đại số Boolean, liên kết với mã nhị phân và cùng hoạt động với những bộ điều khiển khác. Bộ điều khiển Chức năng logic ( ) ! * + Ngoặc đơn NOT AND OR Bảng1.1: : thứ tự xử lý của bộ điều khiển của SELogic điều khiển tính toán Trong điều kiện của mã nhị phân, các số : 1 ( logic 1 ) hoặc 0 ( logic 0 ) 2.1.3 Sự giới hạn có thể được nhập trong một giá trị đặt SELogic điều khiển tính toán. Nếu giá trị đặt SELogic điều khiển tính toán cân bằng mức 1, thì nó luôn luôn là “asserted/on/enable”. Nếu giá trị đặt SELogic điều khiển tính toán cân bằng mức 0, thì luôn là “deasserted/off/disable”. Bất kỳ giá trị đặt SELogic điều khiển tính toán đơn được hạn chế ở 9 mã nhị phân mà có thể cùng liên kết với những bộ điều khiển SELogic điều khiển tính toán trong bảng 1.1. Theo sự giới hạn này thì khối SELogic Variable ( SV1 tới SV14 ) có thể được sử dụng như một bước cài đặt trung gian. Ví dụ, tính toán lệnh cắt (giá trị đặt của SELogic điều khiển tính toán TR) cần nhiều hơn 9 mã nhị phân trong giá trị tính toán đặt trước của chúng. Một phần của lệnh tính toán được đặt trong giá trị đặt của SELogic điều khiển tính toán SV1. Kết quả đầu ra của SELogic Variable ( mã nhị phân SV1 ) sau đó được đặt trong giá trị cài đặt SELogic điều khiển tính toán TR. 2.1.4 Xử lý có thứ tự và khoảng thời gian xử lý Bảng1.2 chỉ rõ SELogic Variable ( SV1 tới SV14 ) được xử lý sau tính toán lệnh cắt ( giá trị đặt của SELogic điều khiển tính toán TR ). Vì vậy bất kỳ quá trình cắt theo mã nhị phân SV1 bị chậm lại một khoảng thời gian xử lý ( 1/8 chu kỳ ). Các phần tử rơle và logic ( tương ứng SELogic điều khiển tính toán và kết quả mã nhị phân) được xử lý theo thứ tự trong bảng 1.2( trên xuống dưới). Chúng được xử lý trong từng 1/8 chu kỳ, và trạng thái mã nhị phân ( logic 1 và logic 0 ) được truy cập theo từng 1/8 chu kỳ. Vì thế khoảng thời gian xử lý của role là 1/8 chu kỳ. Mỗi khi mã nhị phân được truy cập trong 1/8 chu kỳ, nó giữ lại trạng thái (logic 1 hoặc logic 0) đến khi việc cập nhật lặp lại ở 1/8 chu kỳ tiếp theo. Bảng 1.2: thứ tự xử lý của các phần tử role và logic Các phần tử role và logic Kết quả mã nhị phân Đầu vào quang IN1,IN2 Vị trí chuyển mạch điều khiển LB1-LB8 Chuyển mạch điều khiển từ xa RB1-RB8 Yêu cầu về dụng cụ đo dòng điện PDEM,NDEM,GDEM,QDEM Phần tử quá dòng cắt 50P1-50P6,50A,50B,50C, 50N1,50N2,50G1,50G2,50Q1,50Q2 Phần tử quá dòng thời gian (51P1TC,51P2TC,51N1TC,51G, 51Q1TC,51Q2TC ) 51P1,51P2,51N1,51Q1,51Q2, 51P1T,51P2T,51N1T,51G1T,51Q1T,51Q2T, 51P1R,51P2R,51N1R,51G1R,51Q1R,51Q2R. Trip logic ( TR, ULTR ) TRIP Close logic ( 52A,CL,ULCL ) Role đóng lặp lại ( 79RI,79RIS, 79DTL,79DLS,79SKP,79STL, 79BRS,79SEQ ) CLOSE, CF, 79RS,79CY,79LO SH0,SH1,SH2,SH3,SH4 SELogic Variable/ bộ thời gian ( SV1-SV14 ) SV1-SV14 SV5T-SV14T Tiếp điểm ra ( OUT1-OUT4 ) OUT1-OUT4 Điểm hiển thị ( DP1-DP8 ) Dữ kiện của báo cáo (ER1,ER2) Các đầu vào quang Mã nhị phân tương ứng các đầu vào quang là IN1 và IN2. Trong đó có một đầu vào quang có điện và một đầu vào quang không có điện, tương ứng là các trạng thái của mã nhị phân. Hình 2.1:Tiếp điểm vào Trong đó: Trạng thái chuyển mạch: mở & đóng. Đầu vào quang: IN1 & IN2. tương ứng là : IN1_deenergized ( không có điện ), IN2_energized ( có điện ). Bộ thời gian: xử lý trong 1/8 chu kỳ. Mã nhị phân: IN1 ( logic 0 )& IN2 ( logic 1 ). Một ví dụ về cài đặt trong nhà máy Mã nhị phân IN1 được dùng trong cài đặt cho SELogic điểu khiển tính toán trạng thái máy cắt dòng điện như sau: 52A=IN1 Nối đầu vào IN1 tới tiếp điểm phụ 52a của máy cắt dòng điện. Khi đó mã nhị phân IN1 được gán ở trạng thái máy cắt 52A, điều này không có nghĩa là IN1 không thể dùng trong cài đặt khác của SELogic điều khiển tính toán. Với điều kiện này thì mã nhị phân IN2 không được sử dụng. Nếu có một tiếp điểm phụ khác của máy cắt là 52b được nối với đầu vào IN1, như vậy cài đặt đã thay đổi là : 52A=!IN1 [ !IN1=NOT(IN1) ] Nếu một đầu vào cần tiêu chuẩn thời gian nhiều hơn giá trị đã đặt trong bộ thời gian 0.25 chu kỳ, gán cho đầu vào tại một bộ thời gian SELogic Variables: SV6=IN1 Đầu ra của bộ thời gian (mã nhị phân SV6T ) có thể được sử dụng trong vùng của mã nhị phân IN1. 2.3 Chuyển mạch điều khiển vị trí Các chuyển mạch này hoạt động theo nút điều khiển ở mặt trước của panel và chỉ hiển thị. Vị trí hoạt động (logic 1) Vị trí tạm thời Vị trí đóng (logic 0) Mã nhị phân (n=1÷8) Hình 3.1:Vị trí chuyển mạch có điều khiển Đầu ra của chuyển mạch này là một mã nhị phân (bit vị trí LBn, n=1÷8). Các bits vị trí này được sử dụng trong SELogic điều khiển tính toán. Vị trí chuyển mạch Cài đặt nhãn Định nghĩa cài đặt Trạng thái logic ON SLBn “ĐẶT” bit vị tr._.