Bài giảng môn Khí cụ điện - Chương 6: Rơ le

PHẦN II : THIẾT BỊ HẠ ÁP CHƯƠNG 6 : RƠ LE KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RƠLE  Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi theo cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định.  Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA RƠLE  Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu) : Có nhiệm vụ trực tiếp nhận tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA RƠLE  Cơ cấu trung gian (khối trung gian) : Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động  Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) : Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA RƠLE  Các khối trong rơ le điện từ :  Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.  Cơ cấu trung gian là mạch từ NCĐ  Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm X y PHÂN LOẠI RƠ LE Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle PHÂN LOẠI RƠ LE Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm :  Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng...)  Rơle nhiệt  Rơle từ  Rơle điện từ - bán dẫn, vi mạch  Rơle số PHÂN LOẠI RƠ LE Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành :  Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm  Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở... PHÂN LOẠI RƠ LE Phân loại theo đặc tính tham số vào  Rơle dòng điện  Rơle điện áp  Rơle công suất  Rơle tổng trở... PHÂN LOẠI RƠ LE Phân loại theo cách mắc cơ cấu  Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ  Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp do lường hay biến dòng điện PHÂN LOẠI RƠ LE Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle :  Rơle cực đại  Rơle cực tiểu  Rơle cực đại - cực tiểu  Rơle so lệch  Rơle định hướng ĐẶC TÍNH CỦA RƠLE Đường biểu diễn quan hệ giữa đại lượng vào x và đầu ra y của rơle gọi là đặc tính “ vào - ra “ và còn được coi là đặc tính cơ bản của rơle. Nên đặc tính này còn gọi là đặc tính rơle. ĐẶC TÍNH CỦA RƠLE Dạng của đặc tính rơle được trình bày như sau : y x xtđxnh0 ymin ymax ĐẶC TÍNH CỦA RƠLE  Khi đại lượng đầu vào x thay đổi từ 0  xtđ, thì đại lượng đầu ra y luôn bằng ymin .  Khi x đạt đến giá trị tác động x = xtđ, đại lượng đầu ra tăng đột ngột đến giá trị ymax. Sau đó dù x tiếp tục tăng đến xlv thì y vẫn giữ nguyên giá trị ymax , tương ứng với quá trình này ta nói rơle đã tác động hay rơle đóng. ĐẶC TÍNH CỦA RƠLE  Ngược lại, khi đại lượng đầu vào giảm từ giá trị xlv đến trị số nhả xnh đại lượng y = ymax vẫn không đổi.  Khi x = xnh thì y giảm đột ngột từ ymax về ymin và không đổi mặc dù x tiếp tục giảm về 0. Quá trình này ta nói rơle nhả. CÁC THAM SỐ RƠLE  Hệ số nhả :  Tỷ số Knh = xnh/xtđ gọi là hệ số nhả của rơle (đôi khi còn gọi là hệ số trở về). Hệ số Knh luôn nhỏ hơn 1.  Khi Knh lớn, bề mặt rộng của đặc tính rơle x = xtđ-xnh nhỏ, đặc tính rơle dạng này phù hợp với bảo vệ có tính chọn lọc cao sử dụng trong bảo vệ HTĐ CÁC THAM SỐ RƠLE  Khi Knh nhỏ, bề rộng đặc tính x = xtđ-xnh lớn, đặc tính này thích hợp với rơle điều khiển và tự động trong truyền động điện và tự động hóa. CÁC THAM SỐ RƠLE  Hệ số dự trữ : Tỷ số Kdt = xlv/xtđ gọi là hệ số dự trữ của rơle. Kdt > 1 khi Kdt lớn càng đảm bảo rơle làm việc tin cậy.  Hệ số điều khiển : Tỷ số Kđk = Pđk/Ptđ gọi là hệ số điều khiển của rơle. RƠLE ĐIỆN TỪ GIỚI THIỆU CHUNG Rơle điện từ làm việc trên nguyên lý điện từ. Nếu đặt một vật bằng vật liệu sắt từ (gọi là phần ứng hay nắp từ) trong từ trường do cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh ra. Từ trường này tác dụng lên nắp một lực làm nắp chuyển động. CẤU TẠO RƠLE ĐIỆN TỪ Hình : Cấu trúc chung của rơle điện từ 4 3 5 1 2 iđk CẤU TẠO RƠLE ĐIỆN TỪ 4 6 1. Cuộn dây 2. Lõi thép 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo nhã 5. Tiếp điểm động 6,7. Tiếp điểm tĩnh 8. Đầu tiếp xúc 1. Cuộn dây 2. Thanh dẫn NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Khi cung cấp điện cho cuộn dây, sẽ tạo từ trường chạy trong mạch từ chính. Lực hút điện từ sinh ra thắng được lực hút lò xo phản lực 7 nắp mạch từ được về phía lõi. Ứng với mạch từ 1 chiều - xoay chiều có các rơle 1 chiều - xoay chiều. RƠLE QÚA TẢI RƠLE ĐIỆN TỪ CHƯƠNG 6 : RƠ LE RƠLE ĐIỆN TỪ NHẬN XÉT VÀ MỘT SỐ LOẠI RƠLE ĐIỆN TỪ  Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến sử dụng vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk  Một số loại rơle điện từ thông dụng :  Rơle trung gian  Rơle Rơle dòng điện và điện áp  Rơ le thời gian và điện từ RƠLE TRUNG GIAN RƠLE TRUNG GIAN Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa là tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng. Có các loại rơle trung gian một chiều và rơle xoay chiều. CẤU TẠO RƠLE TRUNG GIAN 1 2 3 4 5 1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo nhã 5. Hệ thống tiếp điểm MỘT SỐ LOẠI RƠLE TRUNG GIAN 1. tiếp điểm tĩnh 2. tiếp điểm động 3. chốt giữ 4. Mạch từ 5. cuộn dây 6. Vòng ngắn mạch RƠLE ĐIỀU KHIỂN KHÁI NIỆM RƠLE ĐIỀU KHIỂN Rơle điều khiển, còn gọi là rơle RID hay công tắc TRON có chức năng như rơle trung gian, nhưng có kích thước nhỏ hơn, tần số thao tác lớn, khả năng ngắt lớn, hệ soosnhar cao. CẤU TẠO RƠLE ĐIỀU KHIỂN NGUYÊN LÝ RƠLE ĐIỀU KHIỂN 1. Bầu thủy tinh 2. Thanh dẫn 3. Phao sắt từ 4. Cuộn dây Thủy ngân RƠLE TÍN HIỆU KHÁI NIỆM CHUNG Rơle tín hiệu được sử dụng trong mạch điện một chiều của các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện, để chỉ rõ các rơle và các thiết bị bảo vệ khác đã tác đọng CẤU TẠO RƠLE TÍN HIỆU RƠLE TÍN HIỆU RƠLE DÒNG CỰC ĐẠI KHÁI NIỆM CHUNG RƠLE DÒNG CỰC ĐẠI Rơle dòng điện cực đại điện từ dùng trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện hoặc thiết bị riêng lẽ quan trọng như : động cơ điện, máy biến áp công suất lớn. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC RƠLE DÒNG CỰC ĐẠI 1. cuộn dây 2. mạch từ 3. Nắp từ 4. Lò xo xoắn 5. tiếp điểm động 6. tiếp điểm tĩnh 7. Kim chỉnh định 8. vạch chia độ 6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC RƠLE DÒNG CỰC ĐẠI RƠLE ĐIỆN ĐỘNG RƠLE ĐIỆN ĐỘNG Hinh. Kiểu không lõi thép Hình. Kiểu có lõi thép 1. cuộn dây tĩnh, 2. cuộn dây động, 3. mạch từ RƠLE NHIỆT KHÁI NIỆM RƠLE NHIỆT  Rơle nhiệt là một thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ..  Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng.  Thời gian làm việc từ khoảng vài giây[s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC RƠLE NHIỆT Trong đó : 1 : Phần tử đốt nóng 2 : Tiếp điểm thường đóng 3 : Băng kép kim loại 4 : Đòn xoay 5 : Lò xo đòn xoay 6 : Nút ấn phục hồi RƠLE THỜI GIAN KHÁI NIỆM CHUNG Rơle thời gian dùng để duy trì cho thời gian đóng hay mở chậm của hệ thống tiếp điểm từ lúc có tín hiệu tác động đưa vào Rơle, thời gian chậm của Rơle từ vài giây đến vài giờ CÁC YÊU CẦU RƠLE THỜI GIAN Thời gian chậm phải ổn định, ít phụ thuộc vào các tham số khác, ví dụ như dòng điện, nhiệt độ môi trường. Có nhiều loại Rơle thời gian với những nguyên lý làm việc khác nhau. RƠLE THỜI GIAN KIỂU ĐIỆN TỪ 1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo nhã 5. Tiếp điểm 6. Ống ngắn mạch21 3 4 5 6 RƠ LE CẢM ỨNG DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI KHÁI NIỆM CHUNG RƠLE CẢM ỨNG DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI Rơle cảm ứng dòng điện cực đại dùng để bảo vệ cho mạch điện khi có sự cố quá tải, ngắn mạch. Đường đặc tính bảo vệ của rơle gồm 2 vùng Vùng I: Bảo vệ có thời gian phụ thuộc – dùng để bảo vệ mạch điện khi có quá tải. Vùng II: Bảo vệ không phụ thuộc thời gian- bảo vệ tức thời, dùng để bảo vệ mạch điện khi ngắn mạch. RƠLE CẢM ỨNG DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI 1. mạch từ 2. cuộn dây 3. vòng ngắn mạch 4. Đĩa nhôm 5. trục quay 6. Vit vô tận 7. Khung động 8. Lò xo nhả 9. Vít điều chỉnh 10. Bánh răng quạt 11. Thanh đỡ 12. nắp mạch từ 13. Thanh dẫn động 14. Nam châm vĩnh cửu RƠLE SỐ KHÁI NIỆM CHUNG RƠLE SỐ  Rơle kỹ thuật số, hay còn gọi là rơle số, là loại rơle trong đó việc xử lý các đại lượng tín hiệu làm việc trên các bộ phận chức năng của rơle được thực hiện theo kỹ thuật số hay kỹ thuật logic. ƯU ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ  Rơle sô ú có độ tin cậy cao .  Rơle số có độ nhạy, độ chính xác cao. Có thể điều chỉnh đặt thông số làm việc của rơle sát với khả năng làm việc của thiết bị  Thời gian tác động nhanh.  Kích thước và không gian lắp đặt nhỏ  Có khả năng kết nối với máy tính sử dụng chương trình phần mềm. NHƯỢC ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ  Yêu cầu người vận hành, sửa chữa có trình độ cao.  Giá thành cao vốn đầu tư lớn.  Chỉ cần 1 linh kiện hoặc bộ phận nào đó của rơle bị hư hỏng cũng làm cho rơle không làm việc được, gây ngưng trệ, tác hại cho cả hệ thống. Khó có thể sữa chữa phục hồi nên cần có dự phòng cao. CÁC KHỐI CẤU TẠO CỦA RƠLE SỐ  Khối đầu vào .  Khối vi xử lý.  Khối đầu ra.  Khối giao diện sử dụng.  Khối cung cấp nguồn CÁC KHỐI CỦA RƠLE SỐ Khối đầu vào : nhận tín hiệu từ rơle phíía trước, từ các thiết bị đo lường, ...Các đại lượng này được biến đổi cho phu hợp với đầu văo của bộ phận biến đổi tín hiệu tương tự thănh hiệu số. Khối vi xử lý: ghi nhớ nội dung các thông số, chức năng, chương trình làm việc của rơle được đặt vào ban đầu. Thực hiện tính toán logic, so sánh tín hiệu đầu vào với nội dung được ghi nhớ. Khi kết quả đạt đến ngưỡng đê định sẽ phát tín hiệu cho đầu ra rơle và hiển thị nội dung trên khối giao diện. CÁC KHỐI CỦA RƠLE SỐ Khối đầu ra: Chuyển tín hiệu phát ra của rơle đến các thiết bị nối phía sau của rơle. Khối này thường là các phần tử logic đóng ngắt mạch bằng transistor hoặc rơle điện từ công suất bé. Khối giao diện: là nơi và phương tiện để người và rơle, thiết bị trao đổi thông tin, hiểu biết và làm việc. Khối nguồn cung cấp: nhận nguồn cung cấp từ bên ngoài, xoay chiều hoặc một chiều, biến đổi và ổn định thành nguồn phù hợp cung cấp cho các khối của rơle hoạt động. PHÂN LOẠI RƠLE SỐ  Theo chức năng sử dụng : rơle bảo vệ và rơle điều khiển.  Theo khả năng xử lý thông tin : rơle không có bộ xử lý và rơle có bộ xử lý.  Theo số lượng đại lượng đầu vào : Rơle một đại lượng (rơle dòng, rơle áp vv), rơ le 2 đại lượng (rơle công suất, rơle hệ số công suất vv) NHẬN XÉT  Về mặt kinh tế, rơle bảo vệ là thiết bị tự động hóa được dùng trong hệ thống điện với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi các chế độ sự cố.  Các thiệt hại này thường rất lớn, đôi khi vượt rất nhiều lần chi phí cho hệ thống bảo vệ rơle. NHẬN XÉT  Hiện nay các thiết bị bảo vệ này có vai trò không thể thay thế trong quá trình vận hành hệ thống điện.  Với chi phí bỏ ra chỉ phải bằng 1-2 % giá thành đối tượng được bảo vệ , tức tương đương với mức bảo hiểm 0.1 % / năm trong 15 - 20 năm ( khoảng thời gian làm việc của hệ thống rơle), chủ đầu tư có thể được đảm bảo rằng thiệt hại nói trên sẽ không xảy ra NHẬN XÉT  Để thỏa mãn được các đòi hỏi đó, rơle bảo vệ phải đáp ứng được các yêu cầu ngày càng khắt khe hơn về độ tin cậy làm việc như : tính chọn lọc, tốc độ thao tác, độ nhạy và tính đảm bảo.  Vì suất sự cố của đối tượng bảo vệ thường tương đối nhỏ nên các rơle phải ở trong tình trạng sẵn sàng làm việc trong nhiều năm để thực hiện thao tác bảo vệ khi sự cố xảy ra cho nên việc duy trì độ tin cậy ở mức cao sẽ đòi hỏi các chi phí bổ sung thường xuyên NHẬN XÉT  Rơle điện cơ mặc dầu đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít hơn, song khả năng chịu được môi trường kém (dễ bị trôi tham số, các bộ phận phần động hay bị kẹt, ...) chi phí vận hành lớn và hàng loạt các nhược điểm khác, nên xu hướng thay thế dần và hàng loạt các nhược điểm khác, nên xu hướng thay thế dần bởi các rơle hiện đại hơn, nhất là trong các lưới được đầu tư xây dựng mới. RƠLE SỐ RƠLE SỐ Measurements Plant Monitoring & Control Self-Diagnostics & Commissioning Communications Post fault analysis Comprehensive Protection LFZP141 RS485 RƠLE SỐ RƠLE SỐ RƠLE SỐ Hiện đại Trực quan Điều khiển dễ dàng RƠLE SỐ Đơn giản Gọn nhẹ Thuận tiện sửa chữa RƠLE SỐ RƠLE SỐ Đặt tại ngăn lộ Tiết kiệm cáp RƠLE SỐ RƠLE SỐ Giảm đến 80% lượng cáp Dễ dàng phát hiện sự cố