Rơ le

Bảng 1: điện cơ

Loại rơle.	Ptđ[W]	Pđk[W]	Kđk	ttđ[10-3s]
Rơle điện từ :	10-110-3	10104	55000	12000
Rơle từ điện :	10-910-4	0,12	104108	10500
Rơle cảm ứng :	10-2102	10-1103	102104	1100

Nguyên lí làm việc

Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện từ. Xét một rơle như hình minh họa. Khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm điện thì nắp sẽ chịu một lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào nắp :

F = K . i 2 δ 2 , våïi : δ : khe håí i : doìng âiãûn K:laì hãû säú ( xem chæång 5 ) { { size 12{F= { {K "." i rSup {2} } over {δ rSup {2} } } ~,`"våïi"": "alignl { stack { left lbrace size 10{δ" : khe håí"} {} # right none left lbrace size 10{"i : doìng âiãûn"} {} # right none left lbrace size 10{"K:laì hãû säú " ( "xem chæång 5" ) } {} # right no } } lbrace } {}

Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và khi lực F tăng thì khe hở giảm ( giảm) làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được gắn với nắp).

Khi dòng điện i  Itv (dòng trở về) thì lực lò xo Flò xo > F (lực điện từ) và rơ le nhả.

Tỉ số: Ktv=ItvItâ âæåüc goüi laì hãû säú tråí vãö size 12{ size 10{K rSub { size 8{ ital "tv"} } = { { size 12{I rSub { size 8{ ital "tv"} } } } over { size 12{I rSub { size 8{"tâ"} } } } } " âæåüc goüi laì hãû säú tråí vãö"}} {}.

+ Rơle dòng cực đại Ktv < 1.

+ Rơle dòng cực tiểu Ktv > 1.

Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1.

P âk : cäng suáút âiãöu khiãøn . P tâ : cäng suáút taïc âäüng cuía råle . K âk = P âk P tâ hãû säú âiãöu khiãøn cuía råle . Våïi { alignl { stack { size 12{K rSub { size 8{"âk"} } = { {P rSub { size 8{"âk"} } } over {P rSub { size 8{"tâ"} } } } " hãû säú âiãöu khiãøn cuía råle" "." } {} # "Våïi "alignl { stack { left lbrace P rSub {"âk"} " : cäng suáút âiãöu khiãøn" "." {} # right none left lbrace P rSub {"tâ"} " : cäng suáút taïc âäüng cuía råle" "." {} # right no } } lbrace {} } } {}

Rơle càng nhạy Kđk càng lớn.

Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lớn hơn Itđ đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ.

Số lần tác động trong một đơn vị thời gian (giờ) gọi là tần số tác động.

Rơle điện từ phân ra hai loại:

+ Rơle một chiều thç I=UR' nãn ta tênh F=K'.U2δ2 size 12{ size 10{"thç "I= { { size 10{U}} over { size 10{R'}} } " nãn ta tênh "F=K' "." { { size 10{U rSup { size 8{2} } }} over { size 12{δ rSup { size 8{2} } } } } }} {} có U là điện áp đặt vào cuộn dây.

+ Rơle xoay chiều : lực F = 0 (tần số 2f) khi I = 0. Giá trị trung bình của lực hút sẽ là: Ftb=k { {I rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {} size 12{F rSub { size 8{ ital "tb"} } =k" { {I rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {}, nếu cuộn dây đặt song song với nguồn điện áp U thì Ftb=k { {U rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {} size 12{F rSub { size 8{ ital "tb"} } =k" { {U rSup { size 8{2} } } over {δ rSup { size 8{2} } } } } {}.

Nam châm xoay chiều khi lực F = 0 lò xo kéo nắp ra, do vậy rơle loại này khi làm việc có rung động gây tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng dùng vòng ngắn mạch.

Rơle điện từ có các đặc điểm:

- Công suất điều khiển Pđk từ vài W đến hàng nghìn W.

- Công suất tác động Ptđ từ vài phần W đến hàng trăm W.

- Hệ số điều khiển Kđk = (5  20).

- Thời gian tác động ttđ = (2  20)ms.

Hình 6-4 :Một số loại rơle điện từa)rơle dòng diện và điện áp; b)rơle trung gian; c)rơle thời gian Nhược điểm của rơle điện từ

Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến ứng dụng vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk.

Một số loại rơle điện từ

a) Rơle dòng điện và điện áp loại T (hình 6-4a).

b) Rơle trung gian (hình 6-4b). Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch đại tín hiệu điều khiển, nó thường nằm ở vị trí trung gian giữa các rơle khác. Đặc điểm rơle trung gian có cơ cấu điều chỉnh điện áp tác động để có thể tác động khi điện áp tăng giảm trong khoảng ± size 12{ +- {}} {}15% Uđm.

c) Rơle thời gian điện từ (hình 6-4c) khi từ thông 0 giảm thì sức điện động e chống sự giảm để duy trì thời gian khoảng t = (0,5  5)s.

Rơle phân cực

Rơle phân cực là một dạng của rơle điện từ có thêm từ thông phân cực do nam châm vĩnh cửu tạo nên. Chuyển động của nắp phụ thuộc vào chiều dòng trong cuộn dây. Khi chưa có dòng điện thì phần động rơle đã ở một trong hai vị trí do lực hút từ trường nam châm vĩnh cửu.

Hình 6-5: Rơle phân cực Mạch từ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc sao cho một phía khe hở không khí lớn còn một phía nhỏ để khi cho dòng vào cuộn dây nam châm thì tổng lực hút điện từ của cuộn dây và nam châm vĩnh cửu phân cực hai bên không bằng nhau, nắp bị hút về một bên, lực hút nam châm vĩnh cửu làm nhiệm vụ giữ nắp khi cắt điện cuộn dây. Muốn nắp chuyển động ngược lại thì phải đổi chiều dòng điện để đổi chiều lực hút điện từ. Hai kiểu rơle phân cực như hình 6-5.

Loại này có ưu điểm chính là độ nhạy cao kích thước gọn thời gian tác động nhanh cỡ (2  3).10-3s , cho phép thao tác với tần số lớn.

Nguyên lí

Theo nguyên tắc, rơle điện động có hai cuộn dây như hình minh họa

Khi có dòng qua cuộn dây 1 là i1 và cuộn dây 2 có dòng điện i2. Tại vị trí như hình minh họa ta có cảm ứng từ B12 = K’.i1 và có lực điện từ F = K”.B12.i2 hay lực F = K1”.i1.i2 sẽ sinh ra mô men M = Ki1i2 đặt lên cuộn dây 2, làm cuộn dây 2 quay và đóng tiếp điểm. Nếu hai cuộn được mắc nối tiếp thì i1 = i2 = i có M = Ki2 lúc này mô men độc lập với chiều dòng điện. Khi mạch điện xoay chiều với tần số f thì thì F thay đổi, rơle sẽ làm việc với giá trị trung bình của lực điện từ và mô men.

Mtb=1T∫0TMdt=kI1I2cosϕ size 12{M rSub { size 8{"tb"} } = { {1} over {T} } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } {"Mdt"="kI" rSub { size 8{1} } I rSub { size 8{2} } "cos"ϕ } } {}.

Trong đó :

+ I1, I2 :trị hiệu dụng.

+  :góc lệch pha giữa hai dòng điện i1, i2.

Nếu i1 = i2 thì cos = 1 và Mtb = Ki2.

Khi một trong hai cuộn dây được đổi chiều dòng điện thì chiều mô men trung bình Mtb cũng thay đổi.

Ứng dụng

Rơle điện động được sử dụng làm rơle công suất tác dụng, phản kháng. Có thể chế tạo rơle sắt điện động để tăng trị số mô men Mtb và sẽ tăng độ nhạy của rơle. Loại rơle điện động xoay chiều không có mạch sắt từ tuy Mtb nhỏ nhưng dùng nhiều trong tự động điều khiển.

Nguyên lí

Sự làm việc của rơ le loại này dựa trên cơ sở lực điện từ do từ trường của nam châm vĩnh cửu tác dụng lên một cuộn dây khi có dòng điện chạy qua. Nguyên lí chung biểu diễn như hình minh họa.

Từ trường nam châm vĩnh cửu với cảm ứng từ B tác dụng lên khung có dòng I tạo ra mômen quay.

Lực điện từ là F = K’B12I.

Mô men quay M = KI (tỉ lệ với dòng điện I).

Đặc điểm

Rơle từ điện có độ nhạy lớn, công suất tác động nhỏ (cỡ 10-10 w) sử dụng nhiều trong tự động hóa, công suất điều khiển cỡ 1 đến 2 W.

Không làm việc ở mạch xoay chiều vì ở mạch xoay chiều mô men trung bình Mtb = 0.

Nguyên lí

Dựa trên tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều với dòng điện cảm ứng trong bộ phận quay (đĩa, cối) để tạo mômen quay. Hình 6-8a là sơ lược kết cấu một rơ le cảm ứng.

Hai từ thông 1, 2 biến thiên xuyên qua đĩa nhôm tương ứng cảm ứng các sức điện động e1, e2 sinh ra các dòng i1, i2 . Các lực điện từ là F12 = B2i1l và F21 = B1i2l, lực điện từ tổng:

F → = F → 12 + F → 21 , thæåìng thç: F = F 12 − F 21 = 1 S φ 2 i 1 − φ 1 i 2 alignl { stack { size 12{ { vec {F}}= { vec {F}} rSub { size 8{"12"} } + { vec {F}} rSub { size 8{"21"} } " ,"` size 11{"thæåìng thç:"}} {} # F=F rSub { size 8{"12"} } - F rSub { size 8{"21"} } = { {1} over {S} } left [φ rSub { size 8{2} } i rSub { size 8{1} } - φ rSub { size 8{1} } i rSub { size 8{2} } right ] {} } } {}

Vì dòng điện và từ thông là những đại lượng thay đổi theo thời gian nên tấm kim loại sẽ chịu lực trung bình:

F t b = 1 T ∫ 0 T 1 S φ 2 i 1 − φ 1 i 2 . dt = k . φ m1 φ m2 sin α size 12{F rSub { size 8{"t b"} } "= " { {1} over {T} } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } { { {1} over {S} } } left [φ rSub { size 8{2} } i rSub { size 8{1} } - φ rSub { size 8{1} } i rSub { size 8{2} } right ] "." ital "dt ""= k" "." φ rSub { size 8{"m1"} } φ rSub { size 8{"m2"} } "sin"α" "} {}

với  là góc lệch pha giữa 1 và 2.

Mô men quay trung bình tác dụng vào phần động sẽ là: Mtb= km. m1. m2.sin.

Trong thực tế sự lệch pha từ thông có thể thực hiện bằng nhiều cách nhưng thường dùng vòng ngắn mạch.

Nhận xét

+  = 0 thì F = 0 nghĩa hai từ thông trùng pha nhau đĩa không quay.

+  = 900 thì F = Fmax.

Vậy muốn đĩa quay thì từ thông của hai nam châm phải có vị trí khác nhau trong không gian và lệch pha về thời gian.

Ứng dụng rơle cảm ứng chế tạo

+ Rơle dòng T-80 (hình 6-8b), PT-80.

+ Rơle công suất loại cốc 4 cực từ ( 2 cực quấn cuộn dòng, 2 cực quấn cuộn áp).

+ Rơle kiểm tra tốc độ kiểu cảm ứng kí hiệu PKC.

Hình 6-8: a)Sơ lược kết cấu rơle cảm ứng ; b)̀ Rơle cảm ứng kiểu T-80RƠLE NHIỆT - RƠLE THỜI GIAN - RƠLE TỐC ĐỘRƠLE ĐIỀU KHIỂN

Rơle nhiệt

t[s]I/Iđm11,22345610100100010.000123b)Hình 6-9a)a)Nguyên lí; b) Đặc tính:1.đặc tính thiết bị,2.đặc tính rơle,3.đặc tính mong muốn. a) Khái niệm - công dụng

Rơle nhiệt là một loại 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. Dùng ở điện áp xoay chiều đến 500 V, tần số 50Hz, loại mới Iđm đến 150A điện áp một chiều tới 440V. 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.

b) Nguyên lí ( hình 6-9a)

Dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện, ngày nay sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại kép, nguyên lí làm việc dựa trên sự khác nhau về giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nóng. Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm - niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn.

Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.

Rơle tốc độ (hình 6-10)

Hình 6-10: Rơle tốc độ̣ loại li tâmĐại lượng đầu vào là tốc độ quay của thiết bị, đại lượng ra là trạng thái đóng hoặc mở tiếp điểm. Nguyên lí loại li tâm như sau: khi trục đứng yên hoặc quay với tốc độ nhỏ hơn trị số tốc độ tác động, lò xo 3 kéo quả văng 2 tỳ lên đĩa 4, mở hệ thống tiếp điểm 5 đóng hệ thống 6, khi tốc độ lớn hơn vtđ lực li tâm của quả văng 2 thắng lực lò xo 3 làm hai quả 2 không tỳ vào đĩa 4, lò xo đẩy đĩa 4 ra, tiếp điểm động gắn trên đĩa sẽ đóng tiếp điểm thường mở 6 và cắt tiếp điểm thường đóng 5. Điều chỉnh độ văng của hai quả văng bằng lò xo 3 thì có thể thay đổi được trị số vận tốc tác động vtđ.

Rơle thời gian

1. Khái niệm

Dùng để duy trì thời gian đóng chậm hoặc mở chậm của hệ thống tiếp điểm so

với thời điểm đưa tín hiệu tác động vào rơle.

Thời gian chậm này có thể vài phần giây cho đến hàng giờ.

b) Yêu cầu

Thời gian chậm thực hiện bởi rơle phải ổn định ít phụ thuộc vào các yếu tố khác như điện áp nguồn, dòng điện, nhiệt độ môi trường,...

c) Phân loại

Có rất nhiều loại rơle thời gian với nguyên lí, cấu tạo rất khác khác nhau như:

+ Rơle thời gian kiểu điện từ (hình 6-4c).

+ Rơle thời gian kiểu thủy lực.

+ Rơle thời gian kiểu đồng hồ.

+ Rơle thời gian kiểu điện tử - bán dẫn.

Ta chỉ xét đại diện một loại:

Rơle thời gian kiểu điện từ cấu tạo như hình 6-4c loại này duy trì thời gian nhả chậm và chỉ dùng cho điện một chiều.

d) Nguyên lí

Trong quá trình đóng hay ngắt cuộn dây rơle thì ở trong vòng ngắn mạch (chính là ống lót bằng đồng 1) sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng, dòng điện do nó sinh ra sẽ tạo ra một từ thông chống lại sự biến thiên từ thông do cuộn 7 dây sinh ra. Do đó nó làm cho tốc độ thay đổi của từ thông chậm lại làm thời gian tác động của rơle chậm lại.

Thay đổi thời gian tác động bằng cách thay đổi độ căng lò xo 3, điều chỉnh vít 4 để điều chỉnh chiều rộng khe hở có miếng đệm 6 hoặc trị số dòng điện.

Loại này thời gian chậm đến 3 giây.

Rơle điều khiển

Có chức năng như một rơle trung gian, nhưng có kích thước nhỏ, tần số thao tác lớn, khả năng ngắt lớn, hệ số nhả cao. Cấu tạo của rơle được mô tả như hình 6-11a.

Trong ống thủy tinh kín 1 đặt thanh dẫn 2 bằng thép lò xo dẫn từ. Ở hai đầu mỗi thanh dẫn có gắn tiếp điểm bằng flatin. Ống 1 được rút hết không khí hoặc cho vào đó một chất khí thích hợp, mục đích để hồ quang dập tắt dễ dàng. Ngoài ống đặt cuộn dây 3, khi đưa điện vào cuộn dây 3, lực điện từ sẽ làm hai thanh hút nhau, hệ tiếp điểm được đóng lại. Nếu ngắt điện của cuộn dây, lực đàn hồi của hai thanh dẫn làm tiếp điểm mở ra.

Loại rơle này có ưu điểm là môi trường làm việc của tiếp điểm gần như lí tưởng, do đó không bị oxy hóa. Khi đóng/ngắt không có hồ quang, vì vậy tuổi thọ của nó đạt tới khoảng 10 triệu lần đóng/ngắt. Khe hở giữa hai tiếp điểm bé nên cho phép thời gian tác động bé, cỡ (0,2 ¸ size 12{¸} {} 0,4).10-3s. Có thể làm việc với tần số thao tác từ 400 đến 2000 lần đóng ngắt trong một giây. Khả năng ngắt của rơle với đường kính ống thủy tinh d= (2,5 ¸ size 12{¸} {} 6,5) mm chiều dài l = (10 ¸ size 12{¸} {} 55) mm đạt tới 1A, đôi khi tới 5A. Từ trường cần thiết cho điều khiển bé, sức từ động của cuộn dây bé khoảng (20 ¸ size 12{¸} {} 200) A.vòng.

iiđk123a)1234iđkb)Hình 6-11: Rơle điều khiểnHình 6-11b trình bày cấu tạo của một rơle dòng điện, trong ống thủy tinh 1 gá hai điện cực bằng vonfram 2 và trong có một lượng thủy ngân. Phao sắt từ 3 hình trụ rỗng, nổi trên thủy ngân (vì tỉ trọng của sắt bé hơn tỉ trọng của thủy ngân). Cuộn dây điều khiển 4 được đặt lệch về phía dưới của ống (về phía chứa thủy ngân). Khi không có điện vào cuộn dây, phao 3 nổi, cực 2 không tiếp xúc với thủy ngân, mạch điện hở. Khi có điện vào cuộn dây, lực điện từ sẽ hút phao 3 về phía cuộn dây làm thủy ngân dâng lên, cực 2 ngập trong thủy ngân, mạch điện được nối kín. Vì ngắt bằng thủy ngân nên tốc độ ngắt rất lớn, sinh ra quá áp cao.

Sự đổi mới của kĩ thuật rơle

a) Những hạn chế của rơle điện- cơ

Cho đến khoảng những năm 70 các thiết bị bảo vệ rơle chủ yếu cũng chỉ thực hiện với cơ cấu so sánh là điện từ và cơ khí, cơ cấu thừa hành là tiếp điểm hợp kim.

Cơ cấu đo và so sánh cơ - điện từ có những đặc điểm :

- Chậm: mạch điện từ đo mất khoảng 20 ms, cơ cấu so sánh đòn bẩy, lò xo, cuộn dây nhanh cũng cỡ 10ms.

- Kém chính xác: việc đo điện từ trước kia thường đo qua biến dòng (BI) 5A  100A, đo áp của BU cỡ 100V. Thường không qua lọc, khi đo lẫn cả thành phần tần số công nghiệp với các thành phần tự do và hài. Những thành phần này thường khá lớn có thể làm sai kết quả đo rất nhiều.

- Cơ cấu đo và so sánh lại thường chỉ là loại đo đơn biến, một dòng hoặc một áp. Thường khó thực hiện được những phép xử lí phức tạp cần có như các phép số học, giải tích, phép trễ, phép đếm ,...

Do đó muốn bảo vệ cho một đối tượng đơn giản là một đường dây phân phối, cũng phải cần dùng tới mười phần tử rơle, kèm theo một sơ đồ nối dây phức tạp chiếm một tủ thiết bị. Chi phí cao mà độ tin cậy, chính xác, tốc độ và các chức năng bảo vệ thì khiêm tốn.

b) Rơle điện tử hóa(rơle tĩnh)

Từ khoảng những năm 70 đến 90 các rơle cơ- điện được cải tiến theo hướng điện tử hóa. Chủ yếu người ta tìm cách thay các cơ cấu đo, cơ cấu so ngưỡng bằng các mạch điện tử và vi mạch bán dẫn.

Một số phép xử lí đơn giản như cộng, đạo hàm, tích phân, đếm, trễ,... cũng thực hiện bằng mạch điện tử.

Vi mạch điện tử đã khiến thiết bị bảo vệ tiến một bước khá dài, tiểu hóa thiết bị, nâng cao thêm độ chính xác và chất lượng các chức năng rơle.

Rơle tĩnh đã được dùng để phối hợp bảo vệ trong hệ thống điện từ khoảng những năm 1970, đầu tiên là sử dụng các đèn điện tử sau đó đến các Tranzitor silic với tốc độ tin cậy cao để tạo nên các cổng tín hiệu.

Rơle kĩ thuật analog (tín hiệu vào/ra là tín hiệu liên tục): Các loại rơle này sử dụng độc lập riêng lẻ các bộ phận có một số chức năng riêng tương tự rơle điện cơ với các chức năng thông thường, có thể sử dụng khối thay thế trực tiếp. Trong hình 6-17 là rơle quá dòng chạm đất được thiết kế để cải thiện tính năng của rơle điện cơ bằng sự phân chia phối hợp bảo vệ.

c) Rơle số hóa

Phải đến khoảng những năm 90 khi đưa kĩ thuật vi xử lí, vi điều khiển vào thì thiết bị rơle đã thực hiện một sự thay đổi tiến hóa toàn diện.

Vi xử lí, vi điều khiển là công cụ thực hiện được rất tốt các công việc như lọc các tín hiệu vào, việc đo nhanh nhiều biến (3 dòng, 3 áp, thời gian,...), việc tính toán nhanh những xử lí phức tạp nhất (số học, giải tích, đếm, phân tích phổ,...), so nhiều ngưỡng ,...Vì vậy các rơle số hóa có những ưu việt lớn :

c.1) Tốc độ đo, tính nhanh các véc tơ biến vào, với độ chính xác cao độ tin cậy cao.

c.2) Do những điều trên khiến một rơle có thể thực hiện được cùng một lúc tất cả những chức năng bảo vệ phức tạp khác nhau cho một đối tượng, thậm chí gồm cả những chức năng bảo vệ dự bị cũng như các chức năng bảo vệ phụ thêm nữa. Từ đó sinh ra một số đặc điểm mới khác với hai thế hệ rơle truyền thống cũ là :

+Rơle số được chế tạo theo hướng một rơle thực hiện tất cả những phép đo lường, phân tích tính toán tất cả những phép so sánh, tất cả các chức năng bảo vệ cần cho một thiết bị điện lực. Đó là những rơle đa chức năng tổng hợp thành bộ.

+Người ta phân loại các rơle thành bộ theo nhóm các đối tượng bảo vệ, số kiểu rơle được thu gọn lại trong một số nhóm sau :

* Các kiểu rơle bảo vệ máy phát điện.

* Các kiểu rơle bảo vệ đường dây siêu cao và cao áp.

* Các kiểu rơle bảo vệ đường dây phân phối trung áp.

* Các kiểu rơle bảo vệ biến áp.

* Các kiểu rơle bảo vệ thanh cái.

* Các kiểu rơle bảo vệ mô tơ điện đồng bộ, không đồng bộ.

* Rơle sa thải theo tần số,...

+Mỗi rơle số lại có khả năng ghi lại số liệu vận hành, số liệu các sự cố cả những số liệu về tác động bảo vệ "CẮT", "ĐÓNG LẠI",... giúp sử dụng vào nhiều việc phân tích, thống kê liên quan.

Mỗi rơle số lại biết tự động báo các sự kiện, sự cố cho người trực và cho một máy tổng hợp ghi nhận, máy này lại tự động báo cáo với hệ SCADA của trạm.

c.3) Về kết cấu thì rơle số có thể tích thu gọn rất nhiều; một tủ rơle cũ được thay bằng một rơle số hóa. Một tủ rơle số hóa của trạm điện thường chứa xếp chồng hai rơle cao áp lớn, hoặc tám rơle bảo vệ trung áp.

Kết quả là phòng điều khiển trung tâm thu gọn lại tất cả chỉ còn 1  2 tủ rơle, 1  2 tủ thu thập thông tin cho SCADA và 1  2 màn hình SCADA.

c.4) Việc đấu nối dây cho một rơle số chỉ còn lại sáu dây dòng, sáu dây áp, hai dây nguồn và vài cặp dây đi "ĐÓNG", "CẮT". Tất cả đấu vào các cọc ở phía sau của rơle, so với các tủ cũ thi đơn giản hơn nhiều.

c.5) Việc chỉnh đặt, kiểm tra, thử nghiệm đều thực hiện bằng truyền tin giữa rơle và máy tính, rất là giản tiện, đặc biệt nhanh chóng và chính xác.

c.6) Giá thành của rơle số hóa rẻ hơn rơle truyền thống, nói chung chỉ bằng nửa.

Ví du:̣ một tủ rơle truyền thống bảo vệ một đường dây phân phối thì khoảng giá 3000  4000 USD. Trong khi đó một rơle số bảo vệ đường dây phân phối giá chỉ khoảng 1500  2000 USD. Rơle kĩ thuật số (digital): đặc điểm của loại này là trong một mô đun có thể có thể phối hợp nhiều chức năng phức tạp mà các yếu tố đo lường liên quan bằng các mức logic phối hợp được xử lí bởi các mạch số trong bộ vi xử lí, đầu ra là chung cho tín hiệu đóng cắt và tín hiệu báo như hình 6-20.

c.7) Thời gian tác động: thời gian tác động ảnh hưởng nhiều đến sự ổn định của hệ thống. Nếu sự cố được giải quyết càng nhanh thì khả năng duy trì sự ổn định của hệ thống càng cao. Trong rơle tĩnh không có các phần tử quán tính cơ trong chuyển động nên thời gian tác động rất nhanh, thường Ttđ = 0,6ms. Giới hạn tối đa của tốc độ đáp ứng trong thực tế tùy thuộc chế độ quá độ của máy biến dòng hay các phần tử khác.

c.8) Tính chọn lọc: việc xử lí tốt nhất đối với các tình trạng sự cố có nghĩa là chỉ ngừng cung cấp điện cho một số lượng tối thiểu các phụ tải tiêu thụ được bảo vệ, phải đảm bảo sàng lọc chỉ ngắt ra khỏi mạch những thiết bị bị sự cố, còn các thiết bị khác phải vẫn tiếp tục làm việc. Trong trường hợp bảo vệ phức tạp như bảo vệ khoảng cách việc chọn là do khối xử lí trung tâm xác định. Trường hợp bảo vệ đơn giản, việc tạo tính lựa chọn qua các phần tử cơ bản (như đưa thêm vào một mạch trì hoãn thời gian..) để có đặc tính tác động phù hợp trong trường hợp bảo vệ phức tạp. Nếu khi thời gian tác động không được ưu tiên hàng đầu thì có thể chấp nhận một thời gian trì hoãn nào đó để giải quyết sự cố theo điều kiện chọn lọc.

c.9) Tính tin cậy: đảm bảo chỉ tác động và luôn tác động khi cần thiết và chỉ khi cần thiết mà thôi(tức là đảm bảo không tác động sai hay tác động không đúng lúc với thiết bị được bảo vệ). Để đạt được tính đảm bảo làm việc của bảo vệ cần phải có hai điều kiện là:

+Bảo vệ phải được thiết kế đúng (theo quan điểm sơ đồ tính toán các giá trị điều chỉnh).

+Trang thiết bị phải có giá trị tin cậy cao.

Các điều kiện này rơle tĩnh hơn hẳn rơle điện cơ vì không có các chuyển động cơ học, không tạo ra tác động sai như rơle tiếp điểm. Tần số tác động và tuổi thọ của rơle tĩnh cũng hơn hẳn rơle điện cơ và thời gian trở về cũng nhanh hơn.

c.10) Độ nhạy: công suất tiêu thụ của rơle tĩnh (các mạch bán dẫn) vô cùng nhỏ so với các rơle điện cơ. Độ nhạy cũng rất cao hệ số trở về gần bằng 1( Ktv=Itv/Ikđbv » size 12{»} {}1). Điều đó làm giảm dòng và tăng độ nhạy của rơle, ngoài ra kích thước bao bì của các loại rơle tĩnh chỉ bằng khoảng 1/3 đến 1/5 rơle điện cơ dẫn đến giảm kích thước bảng gắn và không gian điều khiển.

c.11) Tinh độc lập với các điều kiện vận hành : rơle cần phải tác động đúng khi xuất hiện sự cố ở thiết bị bảo vệ. Các giá trị khởi động cần phải được tính toán ở các chế độ làm việc cực đại và cực tiểu của trang thiết bị được bảo vệ. Trong rơle số hoặc bán dẫn tín hiệu điều khiển được lấy cách li với tín hiệu mạch động lực qua điốt phát quang (hay phtotranzitor), nhiễu lọc qua bộ lọc tần số cao nên không chịu ảnh hưởng của nhiễu cơ học và nhiễu tần số cao.

c.12) Ưu điểm trong phối hợp bảo vệ hệ thống: Trong rơle tĩnh nhất là rơle kĩ thuật số, việc sử dụng cáp quang qua môđun giao diện dữ liệu dẫn đến tốc độ truyền tín hiệu rất nhanh và độ tin cậy tốt không bị ảnh hưởng của dòng điện từ kĩ thuật truyền số. Do thời gian tác động rất chính xác cho nên có thể phối hợp nhiều bảo vệ để đạt độ chính xác cao nhất cho toàn hệ thống. Rơle kĩ thuật số với hiển thị số rất tiện lợi cho người vận hành.

Trong bảo vệ lưới điện hoặc một hệ thống thiết bị luôn đòi hỏi phải tiến hành điều khiển tự động tách thiết bị sự cố ra khỏi phạm vi của lưới hay hệ thống khi xuất hiện sự cố hay một chế độ làm việc không bình thường có nguy cơ gây hỏng thiết bị. Sự ngăn cách thiết bị bị sự cố với hệ thống cần phải thực hiện sao cho có thể ngăn ngừa được sự phát triển của sự cố hay nguy cơ hủy diệt thiết bị và thiết lập trở lại chế độ làm việc bình thường với phần hệ thống còn lại. Đảm bảo liên tục sự làm việc của hệ thống trong điều kiện tối đa có thể được. Để giải quyết sự cố trong những điều kiện tốt nhất thì sự bảo vệ bằng rơle tĩnh nói chung và rơle số nói riêng thỏa mãn được hàng loạt các chỉ tiêu kĩ thuật mà rơle điện cơ đã không đạt được.

Hiệu quả nói chung của rơle tĩnh hơn hẳn rơle điện cơ, tuy nhiên trong tính toán kinh tế khi thiết kế bảo vệ cần chọn các giải pháp tốt nhất để giảm nhỏ giá đầu tư thiết bị bảo vệ. Cần quan tâm các vấn đề như tiêu tốn cho bảo quản, bảo dưỡng và kiểm tra xem xét định kì, với rơle tĩnh công tác bảo dưỡng kiểm tra thông qua việc tháo lắp các môđun không cần làm sạch tiếp điểm như rơle điện cơ. Thay thế rơle tĩnh cũng được thực hiện đơn giản khi sự cố, loại được các sai sót như nối cáp ở rơle điện cơ. Tuy nhiên việc thay thế sửa chữa rơle tĩnh cũng cần cán bộ kĩ thuật có chuyên môn cao hơn. Hiện nay trình độ cán bộ kĩ thuật ngày càng được nâng cao và giá bán rơle tĩnh không ngừng giảm, trong hệ thống điện và các mạng điện điều khiển rơle tĩnh đang thay chỗ dần cho rơle điện cơ.

Rơle tương tự

Rơle loại này có đặc trưng là các thông số vào/ra rơle như dòng, áp, góc lệch pha, công suất,... là các đại lượng liên tục (analog). Tín hiệu này được so sánh với một hay nhiều đại lượng đầu vào có giá trị chuẩn để cho tín hiệu đầu ra (rơle loại này gồm các loại rơle bán dẫn, rơle điện tử). Cấu trúc rơle loại này gồm các khối sau:

a) Khối tiếp thu

Khối này gồm hai phần chính là bộ đo lường và bộ so sánh, đại lượng đầu ra của bộ phận này gồm một trong hai giá trị chuẩn.

UrIAiaIBibIcicUrIAiaIBibIcica)b)Hình 6-12: Thực hiện lấy tín hiệu và chỉnh lưu trong khối tiếp thu + Bộ phận đo lường lấy tín hiệu từ các máy biến dòng để biến đổi thành đại lượng một chiều nhờ cầu chỉnh lưu. Có hai cách thực hiện chỉnh lưu như hình 6-12a,b.

+ Bộ so sánh có thể làm việc theo hai nguyên tắc chính là:

-So sánh hai đại lượng điện theo giá trị tuyệt đối (dùng cho các rơle bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so lệch, bảo vệ quá áp, bảo vệ kém áp,...)

-So sánh hai đại lượng điện theo giá trị góc pha (dùng cho rơle bảo vệ khoảng cách, rơle định hướng công suất,...).

a) b)Hình 6-13: Thực hiện so sánh theo giá trị tuyệt đối0tUU0UraUvào(+)UraCRUvàoU0

Bộ phận so sánh hai đại lượng điện theo giá trị tuyệt đối thường sử dụng mạch tích hợp (integrated circuit), ở đây ta chỉ xét một sơ đồ so sánh tiêu biểu dùng khuếch đại thuật toán như hình 6-13. Cổng không đảo của khuếch đại thuật toán được nối vào điện áp chuẩn Uo là điện áp cần so sánh với cổng đảo. Nếu điện áp vào thấp hơn Uo chuẩn thì sẽ cho ra tín hiệu ở đầu ra (ở mức cao). Việc sử dụng khâu R-C ở đầu vào là để thay đổi thời gian hoạt động bằng cách thay đổi trị số của R và C. Ở đây bộ phận này sẽ cho ra tín hiệu nếu biên độ tín hiệu điện áp đầu vào vượt quá biên độ điện áp đặt trước Uo (Uo cũng có thể điều chỉnh được).

Bộ phận so sánh hai đại lượng điện theo giá trị góc pha thường sử dụng bộ tách sóng phân cực (polanity detector) như hình 6-14.

IC1IC2IC3Hình 6-14: Thực hiện so sánh theo trị phaĐầu đảo của khuếch đại thuật toán được nối mát, tín hiệu sóng vào là tín hiệu hình sin tín hiệu ra được chuyển sang dạng xung vuông nhờ việc dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT).

Tín hiệu ra chỉ có hai mức tương ứng với tín hiệu vào (hiển nhiên là độc lập với biên độ tín hiệu vào). Việc so sánh góc pha có thể thực hiện bằng hai bộ tách sóng phân cực và so sánh pha để cho ra tín hiệu xung vuông.

b) Khối thực hiện

Mục đích của khối này thực hiện những biến đổi đột ngột của mạch điện ngoài như khuếch đại tín hiệu để đưa đến cuộn cắt máy cắt. Ta xét sơ nguyên lí khối thực như hình 6-15.

Mạch thyristor thực hiện các yêu cầu và cung cấp cho các mạch đầu ra tín hiệu độc lập. Tín hiệu kích thích được cho tranzitor nhờ điốt phát quang, sự trì hoãn tín hiệu được cung cấp