Rơ le phân biệt

Các rơle được sử dụng trong bảo vệ hệ thống điện có nhiều loại khác nhau. Trong số đó, rơle chênh lệch là loại rơle rất phổ biến để bảo vệ biến áp và máy phát điện khỏi các sự cố cục bộ.
Rơle chênh lệch rất nhạy với các sự cố xảy ra trong khu vực bảo vệ nhưng chúng ít nhạy với các sự cố xảy ra bên ngoài khu vực bảo vệ. Hầu hết các rơle hoạt động khi một lượng nào đó vượt quá giá trị đã định trước, ví dụ như rơle quá dòng hoạt động khi dòng điện qua nó vượt quá giá trị đã định. Nhưng nguyên tắc của rơle chênh lệch lại khác. Nó hoạt động dựa trên sự khác biệt giữa hai hoặc nhiều đại lượng điện tương tự.

Định nghĩa về Rơle Chênh Lệch

Rơle chênh lệch là loại rơle hoạt động khi có sự khác biệt giữa hai hoặc nhiều đại lượng điện tương tự vượt quá một giá trị đã định. Trong sơ đồ mạch rơle chênh lệch, có hai dòng điện đến từ hai phần của mạch điện năng. Hai dòng điện này gặp nhau tại điểm nối, nơi có cuộn dây rơle được kết nối. Theo Định luật Kirchhoff về Dòng Điện, dòng điện tổng cộng chảy qua cuộn dây rơle không gì khác hơn là tổng của hai dòng điện, đến từ hai phần khác nhau của mạch điện năng. Nếu cực tính và biên độ của cả hai dòng điện đều được điều chỉnh sao cho tổng pha của hai dòng điện này là không tại điều kiện vận hành bình thường. Do đó, sẽ không có dòng điện chảy qua cuộn dây rơle tại điều kiện vận hành bình thường. Nhưng do bất kỳ sự bất thường nào trong mạch điện, nếu sự cân bằng này bị phá vỡ, tức là tổng pha của hai dòng điện này không còn là không và sẽ có dòng điện không phải không chảy qua cuộn dây rơle, từ đó rơle được kích hoạt.

Trong sơ đồ chênh lệch dòng điện, có hai bộ biến dòng mỗi bộ được kết nối ở hai bên thiết bị được bảo vệ bởi rơle chênh lệch. Tỷ lệ của các biến dòng được chọn sao cho dòng điện thứ cấp của cả hai biến dòng khớp với nhau về độ lớn.
Cực tính của các biến dòng được sắp xếp sao cho dòng điện thứ cấp của các biến dòng này đối lập nhau. Từ mạch rõ ràng rằng chỉ khi có sự khác biệt không phải không giữa hai dòng điện thứ cấp này, thì dòng điện chênh lệch này mới sẽ chảy qua cuộn dây vận hành của rơle. Nếu sự khác biệt này lớn hơn giá trị đỉnh của rơle, nó sẽ hoạt động để mở các cầu chì cách ly thiết bị được bảo vệ khỏi hệ thống. Phần tử rơle được sử dụng trong rơle chênh lệch là rơle tác động tức thì dạng armature hút vì sơ đồ chênh lệch chỉ được áp dụng để làm sạch sự cố bên trong thiết bị được bảo vệ, nói cách khác, rơle chênh lệch nên chỉ làm sạch sự cố nội bộ của thiết bị, do đó thiết bị được bảo vệ nên được cách ly ngay khi có sự cố xảy ra bên trong chính thiết bị. Không cần phải có thời gian trễ để phối hợp với các rơle khác trong hệ thống.

Các Loại Rơle Chênh Lệch

Có chủ yếu hai loại rơle chênh lệch tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động.

1. Rơle Chênh Lệch Dòng Điện Cân Bằng

2. Rơle Chênh Lệch Điện Áp Cân Bằng

Trong rơle chênh lệch dòng điện, hai biến dòng được lắp đặt ở hai bên của thiết bị cần bảo vệ. Các mạch thứ cấp của biến dòng được kết nối串联错误，我将重新开始翻译。 ---

Các rơle được sử dụng trong bảo vệ hệ thống điện có nhiều loại khác nhau. Trong số đó, rơle chênh lệch là loại rơle rất phổ biến để bảo vệ biến áp và máy phát điện khỏi các sự cố cục bộ.
Rơle chênh lệch rất nhạy với các sự cố xảy ra trong khu vực bảo vệ nhưng chúng ít nhạy với các sự cố xảy ra bên ngoài khu vực bảo vệ. Hầu hết các rơle hoạt động khi một lượng nào đó vượt quá giá trị đã định trước, ví dụ như rơle quá dòng hoạt động khi dòng điện qua nó vượt quá giá trị đã định. Nhưng nguyên tắc của rơle chênh lệch lại khác. Nó hoạt động dựa trên sự khác biệt giữa hai hoặc nhiều đại lượng điện tương tự.

Định nghĩa về Rơle Chênh Lệch

Rơle chênh lệch là loại rơle hoạt động khi có sự khác biệt giữa hai hoặc nhiều đại lượng điện tương tự vượt quá một giá trị đã định. Trong sơ đồ mạch rơle chênh lệch, có hai dòng điện đến từ hai phần của mạch điện năng. Hai dòng điện này gặp nhau tại điểm nối, nơi có cuộn dây rơle được kết nối. Theo Định luật Kirchhoff về Dòng Điện, dòng điện tổng cộng chảy qua cuộn dây rơle không gì khác hơn là tổng của hai dòng điện, đến từ hai phần khác nhau của mạch điện năng. Nếu cực tính và biên độ của cả hai dòng điện đều được điều chỉnh sao cho tổng pha của hai dòng điện này là không tại điều kiện vận hành bình thường. Do đó, sẽ không có dòng điện chảy qua cuộn dây rơle tại điều kiện vận hành bình thường. Nhưng do bất kỳ sự bất thường nào trong mạch điện, nếu sự cân bằng này bị phá vỡ, tức là tổng pha của hai dòng điện này không còn là không và sẽ có dòng điện không phải không chảy qua cuộn dây rơle, từ đó rơle được kích hoạt.

Trong sơ đồ chênh lệch dòng điện, có hai bộ biến dòng mỗi bộ được kết nối ở hai bên thiết bị được bảo vệ bởi rơle chênh lệch. Tỷ lệ của các biến dòng được chọn sao cho dòng điện thứ cấp của cả hai biến dòng khớp với nhau về độ lớn.
Cực tính của các biến dòng được sắp xếp sao cho dòng điện thứ cấp của các biến dòng này đối lập nhau. Từ mạch rõ ràng rằng chỉ khi có sự khác biệt không phải không giữa hai dòng điện thứ cấp này, thì dòng điện chênh lệch này mới sẽ chảy qua cuộn dây vận hành của rơle. Nếu sự khác biệt này lớn hơn giá trị đỉnh của rơle, nó sẽ hoạt động để mở các cầu chì cách ly thiết bị được bảo vệ khỏi hệ thống. Phần tử rơle được sử dụng trong rơle chênh lệch là rơle tác động tức thì dạng armature hút vì sơ đồ chênh lệch chỉ được áp dụng để làm sạch sự cố bên trong thiết bị được bảo vệ, nói cách khác, rơle chênh lệch nên chỉ làm sạch sự cố nội bộ của thiết bị, do đó thiết bị được bảo vệ nên được cách ly ngay khi có sự cố xảy ra bên trong chính thiết bị. Không cần phải có thời gian trễ để phối hợp với các rơle khác trong hệ thống.

Các Loại Rơle Chênh Lệch

Có chủ yếu hai loại rơle chênh lệch tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động.

1. Rơle Chênh Lệch Dòng Điện Cân Bằng

2. Rơle Chênh Lệch Điện Áp Cân Bằng

Trong rơle chênh lệch dòng điện, hai biến dòng được lắp đặt ở hai bên của thiết bị cần bảo vệ. Các mạch thứ cấp của biến dòng được kết nối theo chuỗi sao cho chúng mang dòng điện thứ cấp theo cùng hướng.

Cuộn dây vận hành của phần tử rơle được kết nối qua mạch thứ cấp của biến dòng. Trong điều kiện vận hành bình thường, thiết bị được bảo vệ (hoặc biến áp hoặc máy phát) mang dòng điện bình thường. Trong trường hợp này, giả sử dòng điện thứ cấp của biến dòng CT1 là I1 và dòng điện thứ cấp của biến dòng CT2 là I2. Rõ ràng từ mạch, dòng điện đi qua cuộn dây rơle không gì khác hơn là I1 - I2. Như đã nói trước đó, tỷ lệ và cực tính của biến dòng được chọn sao cho I1 = I2, do đó sẽ không có dòng điện chảy qua cuộn dây rơle. Bây giờ, nếu có sự cố xảy ra bên ngoài khu vực được bảo vệ bởi biến dòng, dòng điện lỗi đi qua sơ cấp của cả hai biến dòng và do đó dòng điện thứ cấp của cả hai biến dòng vẫn giữ nguyên như trong trường hợp vận hành bình thường. Vì vậy, trong tình huống đó, rơle sẽ không hoạt động. Nhưng nếu có sự cố đất xảy ra bên trong thiết bị được bảo vệ như được hiển thị, hai dòng điện thứ cấp sẽ không còn bằng nhau. Trong trường hợp này, rơle chênh lệch sẽ hoạt động để cách ly thiết bị lỗi (biến áp hoặc máy phát) khỏi hệ thống.
Nguyên tắc của loại hệ thống rơle này có một số nhược điểm

1. Có thể có khả năng không khớp trở kháng cáp từ thứ cấp biến dòng đến bảng rơle từ xa.

2. Dung điện của các cáp phi công gây ra hoạt động sai của rơle khi có sự cố lớn xảy ra bên ngoài thiết bị.

3. Không thể đạt được sự khớp chính xác đặc tính của biến dòng, do đó có thể có dòng điện dư chảy qua rơle trong điều kiện vận hành bình thường.

Rơle Chênh Lệch Phần Trăm

Loại rơle này được thiết kế để phản ứng với dòng điện chênh lệch theo tỷ lệ phần trăm so với dòng điện đi qua phần được bảo vệ. Trong loại rơle này, có cuộn dây hãm bổ sung cho cuộn dây vận hành của rơle. Cuộn dây hãm tạo ra lực mô men ngược với lực mô men vận hành. Trong điều kiện bình thường và khi có sự cố xuyên suốt, lực mô men hãm lớn hơn lực mô men vận hành. Do đó, rơle không hoạt động. Khi có sự cố nội bộ, lực vận hành vượt quá lực hãm và do đó rơle được kích hoạt. Lực hãm này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng của cuộn dây hãm. Như được hiển thị trong hình dưới đây, nếu I1 là dòng điện thứ cấp của biến dòng CT1 và I2 là dòng điện thứ cấp của biến dòng CT2 thì dòng điện đi qua cuộn dây vận hành là I1 – I2 và dòng điện đi qua cuộn dây hãm là (I1 + I2)/2. Trong điều kiện bình thường và khi có sự cố xuyên suốt, lực mô men do dòng điện (I1 + I2)/2 tạo ra lớn hơn lực mô men do dòng điện I1 – I2 tạo ra, nhưng trong điều kiện có sự cố nội bộ, các lực này trở nên ngược chiều. Và cài đặt lực hãm được định nghĩa là tỷ lệ của (I1 – I2) đến (I1 + I2)/2.

Rõ ràng từ giải thích trên, dòng điện càng lớn đi qua cuộn dây hãm, dòng điện cần thiết để cuộn dây vận hành hoạt động càng cao. Rơle được gọi là rơle phần trăm vì dòng điện cần thiết để tripping có thể được biểu diễn dưới dạng phần trăm của dòng điện xuyên suốt.

Tỷ Lệ và Kết Nối Biến Dòng cho Rơle Chênh Lệch

Quy tắc đơn giản là biến dòng trên bất kỳ cuộn dây sao nào nên được kết nối theo tam giác và biến dòng trên bất kỳ cuộn dây tam giác nào nên được kết nối theo sao. Điều này được thực hiện để loại bỏ dòng điện thứ tự không trong mạch rơle.
Nếu biến dòng được kết nối theo sao, tỷ lệ biến dòng sẽ là In/1 hoặc 5 A
Nếu biến dòng được kết nối theo tam giác, tỷ lệ biến dòng sẽ là In/0.5775 hoặc 5×0.5775 A

Rơle Chênh Lệch Điện Áp Cân Bằng

Trong bố trí này, các biến dòng được kết nối ở hai bên của thiết bị theo cách mà điện áp cảm ứng trong thứ cấp của cả hai biến dòng sẽ đối lập nhau. Điều này có nghĩa là thứ cấp của các biến dòng từ cả hai bên của thiết bị được kết nối theo chuỗi với cực tính ngược nhau. Cuộn dây rơle chênh lệch được chèn vào đâu đó trong vòng lặp được tạo ra bởi kết nối chuỗi của thứ cấp của biến dòng như được hiển thị trong hình. Trong điều kiện vận hành bình thường và cũng trong trường hợp có sự cố xuyên suốt, điện áp cảm ứng trong cả hai thứ cấp của biến dòng là bằng nhau và ngược chiều nhau, do đó sẽ không có dòng điện chảy qua cuộn dây rơle. Nhưng ngay khi có sự cố nội bộ xảy ra trong thiết bị đang được bảo vệ, các điện áp này không còn cân bằng, do đó dòng điện bắt đầu chảy qua cuộn dây rơle, từ đó làm tripped cầu chì.

Có một số nhược điểm trong rơle chênh lệch điện áp cân bằng như việc cần cấu trúc biến áp đa tap để cân bằng chính xác giữa các cặp biến dòng. Hệ thống phù hợp để bảo vệ cáp có độ dài tương đối ngắn, nếu không dung điện của dây phi công sẽ làm gián đoạn hiệu suất. Trên các cáp dài, dòng điện sạc sẽ đủ để kích hoạt rơle ngay cả khi đã đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa các biến dòng.
Các nhược điểm này có thể được loại bỏ khỏi hệ thống bằng cách giới thiệu hệ thống Translay, đây không gì khác hơn là hệ thống rơle chênh lệch điện áp cân bằng được cải tiến. Sơ đồ Translay chủ yếu được áp dụng để bảo vệ chênh lệch của các đường dây.

Ở đây, hai bộ biến dòng được kết nối ở hai đầu của đường dây. Thứ cấp của mỗi biến dòng được gắn với rơle cảm ứng kiểu đôi cuộn riêng biệt. Thứ cấp của mỗi biến dòng cấp nguồn cho mạch sơ cấp của rơle cảm ứng kiểu đôi. Mạch thứ cấp của mỗi rơle được kết nối theo chuỗi để tạo thành một vòng kín bằng dây phi công. Kết nối phải sao cho điện áp cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp của rơle này sẽ đối lập với điện áp cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp của rơle kia. Thiết bị bù đắp trung hòa hiệu ứng của dòng điện dung của dây phi công và hiệu ứng của sự thiếu cân bằng tự nhiên giữa hai biến dòng.

Trong điều kiện bình thường và khi có sự cố xuyên suốt, dòng điện ở hai đầu của đường dây là giống nhau, do đó dòng điện cảm ứng trong thứ cấp của biến dòng cũng sẽ bằng nhau. Do các dòng điện bằng nhau trong thứ cấp của biến dòng, sơ cấp của mỗi rơle cảm ứng cùng điện áp. Kết quả là, điện áp cảm ứng trong thứ cấp của rơle cũng bằng nhau nhưng các cuộn dây được kết nối sao cho các điện áp này ngược chiều. Do đó, không có dòng điện nào chảy qua vòng phi công và do đó không có lực mô men nào được tạo ra trong cả hai rơle.

Nhưng nếu có sự cố xảy ra trong đường dây trong khu vực giữa các biến dòng, dòng điện rời khỏi đường dây sẽ khác với dòng điện đi vào đường dây. Kết quả là, sẽ không có sự bằng nhau giữa các dòng điện trong cả hai thứ cấp của biến dòng. Các dòng điện thứ cấp không bằng nhau này sẽ tạo ra điện áp cảm ứng không cân bằng trong cả hai rơle. Do đó, dòng điện bắt đầu lưu thông trong vòng phi công và do đó lực mô men được tạo ra trong cả hai rơle.

Do hướng của dòng điện thứ cấp ngược chiều trong các rơle, do đó, lực mô men trong rơle này sẽ xu hướng đóng các tiếp điểm tripped và cùng lúc đó lực mô men được tạo ra trong rơle kia sẽ xu hướng giữ cho chuyển động của các tiếp điểm tripped ở vị trí bình thường không hoạt động. Lực mô men vận hành phụ thuộc vào vị trí và bản chất của sự cố trong khu vực được bảo vệ của đường dây. Phần đường dây có sự cố được tách khỏi phần đường dây khỏe mạnh khi