Rơ le Dãy âm

Định nghĩa

Rơle dãy âm, còn được gọi là rơle pha không cân bằng, được thiết kế để bảo vệ hệ thống điện khỏi các thành phần dãy âm. Chức năng chính của nó là bảo vệ máy phát điện và động cơ khỏi tải không cân bằng, thường xảy ra do sự cố giữa pha. Khi có sự cố như vậy, các thành phần dãy âm có thể gây ra quá nhiệt và ứng suất cơ học trong các máy điện, có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách.

Nguyên lý hoạt động và đặc điểm

Rơle dãy âm bao gồm mạch lọc chuyên dụng chỉ phản ứng với các thành phần dãy âm có mặt trong hệ thống điện. Do ngay cả một cường độ dòng điện dư nhỏ do thành phần dãy âm cũng có thể tạo ra điều kiện vận hành nguy hiểm, rơle được cấu hình với cài đặt dòng điện thấp. Điều này cho phép nó phát hiện và phản ứng nhanh chóng với những mất cân bằng nhỏ trước khi chúng trở thành vấn đề lớn.

Mặc dù rơle dãy âm được nối đất, việc nối đất này chủ yếu nhằm bảo vệ chống lại sự cố pha - đất. Tuy nhiên, nó không trực tiếp giảm thiểu sự cố pha - pha; thay vào đó, vai trò của nó là phát hiện các thành phần dãy âm là dấu hiệu của sự cố như vậy và kích hoạt các biện pháp bảo vệ phù hợp.

Cấu tạo

Cấu tạo của rơle dãy âm được minh họa trong hình dưới đây. Nó bao gồm bốn trở kháng, ký hiệu là Z1, Z2, Z3, và Z4, được kết nối theo cấu hình cầu. Các trở kháng này được cấp nguồn bởi biến áp dòng, lấy mẫu dòng điện từ hệ thống cần bảo vệ. Cuộn dây hoạt động của rơle được kết nối với điểm giữa của mạch cầu này. Cấu trúc cụ thể này cho phép rơle cảm nhận chính xác sự tồn tại và mức độ của các thành phần dãy âm bằng cách phân tích sự khác biệt về điện áp giữa các cánh cầu, giúp hoạt động đáng tin cậy và chính xác để bảo vệ hệ thống điện.

Trong mạch của rơle dãy âm, Z1 và Z3 có đặc tính thuần điện trở, trong khi Z2 và Z4 có cả đặc tính điện trở và cảm ứng. Giá trị của các trở kháng Z2 và Z4 được điều chỉnh cẩn thận sao cho dòng điện đi qua chúng luôn chậm hơn dòng điện đi qua Z1 và Z3 một góc 60 độ.

Khi dòng điện đạt đến nút A, nó chia thành hai nhánh, I1 và I4. Quan trọng là, dòng điện I4 chậm hơn dòng điện I1 chính xác 60 độ. Mối quan hệ pha cụ thể này là cơ bản cho chức năng hoạt động đúng đắn của rơle dãy âm, cho phép nó phát hiện và phản ứng chính xác với các thành phần dãy âm trong hệ thống điện.

Tương tự, dòng điện từ pha B chia tại nút C thành hai thành phần bằng nhau I3 và I2, I2 chậm hơn I3 60º.

Dòng điện I4 chậm hơn I1 một góc 30 độ. Tương tự, I2 chậm hơn IB 30 độ, trong khi I3 nhanh hơn IB 30 độ. Dòng điện chảy qua nút B tương đương với tổng đại số của I1, I2, và IY. Mối quan hệ góc chính xác và tổng dòng điện tại nút B là quan trọng đối với chức năng hoạt động đúng đắn của rơle dãy âm, đảm bảo khả năng phát hiện chính xác các tình trạng mất cân bằng trong hệ thống điện bằng cách phân tích sự khác biệt về pha và mức độ giữa các dòng điện này.

Chảy Dòng Dãy Dương

Biểu đồ vectơ mô tả các thành phần dãy dương được minh họa trong hình dưới đây. Trong trường hợp tải cân bằng, dòng dãy âm vắng mặt. Trong hoàn cảnh như vậy, dòng điện đi qua rơle có thể được mô tả bằng phương trình sau. Mối quan hệ giữa điều kiện tải cân bằng, sự vắng mặt của dòng dãy âm, và dòng điện đi qua rơle là cơ bản để hiểu hoạt động bình thường và chức năng bảo vệ trong hệ thống điện.

Hoạt động Trong Điều Kiện Cân Bằng

Do đó, rơle vẫn hoạt động trong quá trình vận hành của hệ thống điện cân bằng, đảm bảo giám sát liên tục và sẵn sàng phản ứng với bất kỳ bất thường tiềm tàng nào.

Chảy Dòng Dãy Âm

Như được minh họa trong hình trên, dòng điện I1 và I2 có cùng mức độ. Do chúng có cùng mức độ và ngược chiều, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Kết quả là, chỉ có dòng điện IY đi qua cuộn dây hoạt động của rơle. Để bảo vệ chống lại tác động xấu của cả các quá tải nhỏ, có thể nhanh chóng trở thành vấn đề nghiêm trọng, cài đặt dòng điện của rơle được giữ ở mức thấp hơn dòng định mức toàn tải thông thường. Việc hiệu chỉnh nhạy này cho phép rơle phát hiện và phản ứng nhanh chóng với các tình trạng mất cân bằng do các thành phần dãy âm gây ra.

Chảy Dòng Dãy Không

Trong trường hợp dòng dãy không, dòng điện I1 và I2 bị lệch pha với nhau một góc 60 độ. Tổng của hai dòng điện này đồng pha với dòng điện IY. Kết quả là, cuộn dây hoạt động của rơle trải qua một dòng điện tổng cộng chính xác gấp đôi mức độ của dòng dãy không. Cần lưu ý rằng bằng cách kết nối biến áp dòng (CTs) theo cấu hình delta, rơle có thể được làm vô hiệu hóa cho dòng dãy không. Trong cấu hình kết nối delta, dòng dãy không không đi qua rơle, cung cấp một cách để lọc chọn hoặc bỏ qua các loại dòng điện lỗi nhất định tùy theo yêu cầu bảo vệ của hệ thống.

Rơle Dãy Âm Loại Cảm ứng

Cấu tạo của rơle dãy âm loại cảm ứng rất giống với rơle quá dòng loại cảm ứng. Nó bao gồm một đĩa kim loại, thường được chế tạo từ cuộn dây nhôm, quay giữa hai nam châm điện: nam châm điện phía trên và nam châm điện phía dưới.

Nam châm điện phía trên được trang bị hai cuộn dây. Cuộn dây sơ cấp của nam châm điện phía trên được kết nối với phía thứ cấp của biến áp dòng (CT) được kết nối với đường dây cần bảo vệ. Trong khi đó, cuộn dây thứ cấp của nam châm điện phía trên được kết nối串联似乎被意外中断了。我将继续翻译剩余部分：

上部电磁铁配备有两个绕组。上部电磁铁的初级绕组连接到与保护线路相连的电流互感器（CT）的次级侧，而上部电磁铁的次级绕组则与下部电磁铁的绕组串联。

由于存在中心抽头，继电器的初级绕组有三个端子。通过CT和辅助变压器的帮助，R相为继电器的上半部分供电，而Y相为下半部分供电。辅助变压器特别调整使其输出滞后120度而不是常规的180度。

正序电流下的操作

当存在正序电流时，IR和IY电流以相反方向流过继电器的初级绕组。I’R和I’Y电流具有相同的幅度。这种平衡的电流流动确保继电器保持在非激活状态，因为没有净力触发其操作。

负序电流下的操作

在发生故障时，负序电流I会在继电器的初级绕组中感应流动。这种负序电流会破坏继电器内的平衡，引发一系列事件，导致继电器激活并随后采取保护措施。

一旦故障电流的大小超过继电器预设值，继电器将开始其操作。这意味着当故障电流大到足以超过继电器特定阈值时，继电器将被触发执行其在电力系统中的保护功能。

Nam châm điện phía trên được trang bị hai cuộn dây. Cuộn dây sơ cấp của nam châm điện phía trên được kết nối với phía thứ cấp của biến áp dòng (CT) được kết nối với đường dây cần bảo vệ. Trong khi đó, cuộn dây thứ cấp của nam châm điện phía trên được kết nối串联似乎被意外中断了。我将继续翻译剩余部分：

Nam châm điện phía trên được trang bị hai cuộn dây. Cuộn dây sơ cấp của nam châm điện phía trên được kết nối với phía thứ cấp của biến áp dòng (CT) được kết nối với đường dây cần bảo vệ. Trong khi đó, cuộn dây thứ cấp của nam châm điện phía trên được kết nối theo chuỗi với cuộn dây của nam châm điện phía dưới.

Do có đầu nối trung tâm, cuộn dây sơ cấp của rơle có ba đầu cuối. Pha R, với sự hỗ trợ của CTs và biến áp phụ, cung cấp năng lượng cho nửa trên của rơle, trong khi pha Y cung cấp năng lượng cho nửa dưới. Biến áp phụ được điều chỉnh cụ thể sao cho đầu ra của nó chậm 120º thay vì 180º thông thường.

Hoạt động với Dòng Dãy Dương

Khi có dòng dãy dương, dòng IR và IY chảy qua cuộn dây sơ cấp của rơle theo hướng ngược nhau. Dòng I’R và I’Y có cùng mức độ. Sự cân bằng dòng điện này đảm bảo rằng rơle vẫn ở trạng thái không hoạt động, vì không có lực tổng cộng nào để kích hoạt nó.

Hoạt động với Dòng Dãy Âm

Trong trường hợp có sự cố, dòng dãy âm I được tạo ra để chảy qua cuộn dây sơ cấp của rơle. Dòng dãy âm này phá vỡ sự cân bằng trong rơle, bắt đầu một loạt sự kiện dẫn đến việc kích hoạt và thực hiện các biện pháp bảo vệ của rơle.

Rơle sẽ bắt đầu hoạt động một khi mức độ của dòng điện sự cố vượt quá giá trị đã được cài đặt cho rơle. Điều này có nghĩa là khi dòng điện sự cố đủ lớn để vượt qua ngưỡng cụ thể đã được xác định cho rơle, rơle sẽ được kích hoạt để thực hiện chức năng bảo vệ của nó trong hệ thống điện.