Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Học Rơ Le

NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠ LE
1. Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle:
Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt những phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố. Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống nào cần phải kể đến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy. Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với phần tử trong hệ thống điện:
- Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ lụt.
- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi.
- Do các tai nạn ngẫu nhiên.
- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thể ngăn chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố, trong đó phần lớn là dạng ngắn mạch:
- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm phá huỷ các phần tử bị ngắn mạch và các phần tử lân cận.
- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để lâu có thể đốt cháy thiết bị và gây hoả hoạn.
- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện.
- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện.
Hậu quả của ngắn mạch là:
- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện.
- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện.
- Phá huỷ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ.
- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện.
Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường. Một trong những tình trạng làm việc không bình thường đó là quá tải. Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá huỷ.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng, ta có thể thực hiện các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ những tình trạng làm việc không bình thường có khả năng gây nguy hiểm cho tất cả các thiết bị và hộ dùng điện.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện. Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện tại là các Rơle. Ngày nay, khái niệm Rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như toàn hệ thống điện. Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những Rơle được gọi là thiết bị bảo vệ Rơle.
Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện. Ngoài ra thiết bị bảo vệ Rơle còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống điện, tuỳ mức độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt. Những thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bình thường thường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải có tính tác động nhanh như ở các thiết bị bảo vệ Rơle chống hư hỏng).
2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle :
Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng như trên ,các thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây:độ tin cậy,chọn lọc,tác động nhanh,nhạy và kinh tế.
a.Độ tin cậy:là tính năng đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ làm đúng chắc chắn.người ta phân biệt:
- Độ tin cậy khi tác động : (dependability) mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác động đúng . [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện và điện tử].
- Độ tin cậy không tác động : (security) mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ không làm việc sai. [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện và điện tử].
Nói cách khác độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ ,còn độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoại phạm vi bảo vệ đã được quy định.
Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể kiểm tra tương đối dễ dàng bằng cách tính toán hoặc thực nghiệm,còn độ tin cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của bảo vệ không thể lường trước hết được.
Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng các rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản ,chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng cũng như tăng cường mức dự phòng trong hệ thống bảo vệ.Số liệu thống kê về vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%.
b.Tính chọn lọc:là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống .cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.
Theo nguyên lý làm việc,các bảo vệ được phân ra : bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối và bảo vệ có độ chọn lọc tương đối.
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong phạm vi hoàn toàn xác định , không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
- Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối,phải có sự phối hợp giữa các đặc tính làm việc củacác bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế tới mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện

c.Tác động nhanh:
Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử sự cố càng nhanh càng tốt.tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền.
Rơle bảo vệ được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dòng công nghiệp 50Hz).Rơle bảo vệ được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian)trong tác động của rơle.thông thường hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms.
Ngoài tác động của rơle hay bảo vệ ,việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện.các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại có thời gian thao tác từ 20ư60ms (từ 1ư3 chu kỳ 50Hz) những máy cắt thông thường cũng có thời gian thao tác không quá 5 chu kỳ(khoảng 100ms ở 50Hz).Như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian làm việc của bảo vệ cộng với thời gian thao tác máycắt) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ (khoảng 40ư160ms ở 50Hz)đối với bảo vệ tác động nhanh.
Đối với lưới điện phân phối thường sử dụng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối và phải phối hợp thời gian tác động giữa các bảo vệ.Bảo vệ chính thông thường có thời gian khoảng 0,2ư1,5sec , bảo vệ dự phòng khoảng 1,5ư2sec.
d.Độ nhạy:
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ,nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy ,tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó.Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn ,rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố hay rơle tác động càng nhạy.
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố,trong đó quan trọng nhất phải kể đến : Chế độ làm việc của hệ thống (mức độ huy động nguồn),cấu hình lưới điện ,dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch ,nguyên lý làm việc của rơle,đặc tính của quá trình quá độ trong hệ thống điện v.v
Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác nhau.các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5ư2, còn bảo vệ dự phòng từ 1,2ư1,5.
e.Tính kinh tế :
Các thiết bị bảo vệ được thiết kế và lắp đặt trong hệ thống điện,khác với các máy móc và thiết bị khác ,không phải để làm việc thường xuyêntrong chế độ vận hành bình thường.Nhiệm vụ của chúng là phải luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thườngvà sự cố có thể xảy ra bất cứ lúc nào và có những tác động chuẩn xác.Đối với các tràn thiết bị cao áp và siêu cao áp ,chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình,vì vậy thông thường giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà cung cấp cho thiết bị bảo vệ.Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định,vì nếu không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ thống điện.
Đối với lưới trung,hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn,và yêu cầu bảo vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị cần bảo vệ ở các nhà máy điện lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính kinh tế trong chọn thiết bị bảo vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất.