Hướng dẫn sử dụng Relay bảo vệ chống lại các lỗi của tải điện

Các lỗi có thể xảy ra ở bất kỳ bộ phận nào của hệ thống điện như một lỗi ngắn mạch và lỗi tiếp đất. Lỗi có thể là dây đơn nối đất, dây đôi nối đất, dây nối dây, ngắn mạch ba pha ... Điều này dẫn đến dòng của dòng lỗi nặng qua hệ thống. Vì vậy, việc dùng relay để ngăn chặng lỗi này là cần thiết trong ứng dụng về điện.

Giới thiệu về Relay bảo vệ

Rơle bảo vệ hoạt động theo cách của thiết bị cảm biến và điều khiển để thực hiện chức năng của nó. Trong hoạt động hệ thống điện bình thường, một relay bảo vệ vẫn không hoạt động và không có chức năng hoạt động.

Nhưng khi lỗi hoặc điều kiện không mong muốn đến Relay bảo vệ phải được vận hành và hoạt động chính xác.

Hệ thống điện bao gồm các thành phần điện khác nhau như Máy phát điện, máy biến áp, đường dây truyền tải, cách ly, thiết bị ngắt mạch, thanh bus, cáp, rơ le, máy biến áp, máy phân phối và các loại tải khác nhau.

Mức lỗi cũng phụ thuộc vào trở kháng lỗi mà phụ thuộc vào vị trí lỗi được gọi từ phía nguồn. Để tính mức lỗi tại các điểm trong hệ thống điện, cần phải phân tích lỗi.

Hệ thống bảo vệ hoạt động và cô lập các phần bị lỗi. Hoạt động của hệ thống bảo vệ nên nhanh và có tính chọn lọc, tức là chỉ cô lập phần lỗi trong thời gian ngắn nhất có thể gây nhiễu tối thiểu cho hệ thống. Ngoài ra, nếu bảo vệ chính không hoạt động, cần phải có một bảo vệ dự phòng mà điều phối hợp tác chuyển tiếp thích hợp là cần thiết.

Sự thất bại của một rơle bảo vệ có thể dẫn đến thiệt hại tàn phá thiết bị và kéo dài thời gian chết.
 

Nguyên tắc làm việc của sự phối hợp bảo vệ

Sự tiếp xúc bảo vệ nhận biết tình trạng bất thường trong một phần của hệ thống điện và báo động hoặc cô lập một phần từ hệ thống lành mạnh. Relay bảo vệ cùng một nhóm làm việc như CT, PT, các rơ le bảo vệ, rơ le trễ thời gian, mạch trip, bộ chuyển mạch, v..v..

Rơle bảo vệ đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu các lỗi cũng như giảm thiểu hư hỏng trong trường hợp có lỗi.




Các kết nối cơ bản của bộ điều khiển ngắt mạch cho hoạt động mở


Hình trên cho biết các kết nối cơ bản của bộ điều khiển ngắt mạch cho hoạt động mở. Mạch bảo vệ X được hiển thị bằng đường đứt. Khi có lỗi xảy ra trong mạch bảo vệ, tiếp điểm nối với CT và PT hoạt động và đóng các tiếp điểm của nó.

Dòng điện chạy từ pin trong mạch chuyến đi. Khi cuộn dây của bộ ngắt mạch được kích hoạt, cơ cấu hoạt động của bộ ngắt mạch được kích hoạt và nó hoạt động cho thao tác mở.

Vì vậy, lỗi được nhận biết và các mạch trip được kích hoạt bởi relay và phần bị lỗi được cô lập.
 

Full video clip hướng dẫn sử dụng relay bảo vệ:

 

 

Relay hay Rơ le là gì?

Một relay là thiết bị tự động nhận biết một tình trạng bất thường của mạch điện và đóng các tiếp điểm của nó.

Các tiếp điểm tiếp xúc này đóng lại và hoàn thành mạch ngắt dòng điện, từ đó, khiến cho bộ ngắt mạch ngắt kết nối phần bị lỗi của mạch điện khỏi phần còn lại của mạch lành mạnh.

 

Chức năng của Relay bảo vệ

Đây là những chức năng chính của relay bảo vệ:

1. Phát âm thanh báo động hoặc đóng mạch trip của bộ ngắt mạch để ngắt kết nối phần bị lỗi.

2. Để ngắt kết nối phần hoạt động bất thường, tránh các lỗi tiếp theo. Ví dụ: Bảo vệ quá tải của một máy không chỉ bảo vệ máy mà còn ngăn ngừa thất bại cách điện.

3. Để tách biệt hoặc ngắt kết nối các mạch điện hoặc thiết bị lỗi một cách nhanh chóng từ phần còn lại của hệ thống để hệ thống có thể tiếp tục hoạt động và để giảm thiểu thiệt hại cho phần bị hỏng. Chẳng hạn - Nếu máy bị ngắt kết nối ngay sau khi có lỗi cuộn dây, có thể chỉ cần thay thế một vài cuộn dây bị hỏng. Nhưng nếu lỗi bị duy trì, toàn bộ các cuộn dây có thể bị hư hỏng và máy có thể không thể sửa chữa được do hư hại vượt quá khả năng sửa chữa.

4. Để cô lập hóa hiệu quả của lỗi bằng cách ngắt kết nối phần bị lỗi khỏi phần khỏe mạnh, gây ít ảnh hưởng nhất đến hệ thống khỏe mạnh.

5. Ngắt kết nối phần lỗi một cách nhanh chóng để cải thiện tính ổn định của hệ thống, tính liên tục của dịch vụ và hiệu năng hệ thống. Sự ổn định tạm thời có thể được cải thiện nhờ phương tiện bảo vệ được cải tiến tốt hơn.

6. Giảm thiểu nguy cơ cho nhân viên vận hành.

 

Các tính chất mong muốn của sự chuyển tiếp bảo vệ

- Tính chọn lọc,
- Nhận biết
- Tính ổn định
- Nhạy cảm,
- Sự tiêu thụ năng lượng
- Bảo mật hệ thống
- Độ tin cậy
- Tính phù hợp
- Tốc độ & Thời gian

 

Thuật ngữ cần biết về relay bảo vệ

Mức thu của tín hiệu khởi động: Giá trị số khởi động (điện áp hoặc dòng điện) ở ngưỡng trên mà rơle bắt đầu hoạt động. Nếu giá trị của số khởi động được tăng lên, hiệu ứng điện từ của cuộn dây tiếp sức sẽ tăng lên và trên một mức hoạt động nhất định, cơ chế chuyển động của tiếp sức mới bắt đầu di chuyển.

Đặt lại cấp độ: Giá trị của điện áp hoặc điện áp dưới mức mà một rơ le mở các tiếp điểm tiếp xúc của nó và đi vào vị trí ban đầu.

Thời gian vận hành của chuyển tiếp: Ngay sau khi vượt quá mức đón nhận của số lượng khởi động, cơ cấu chuyển động (ví dụ đĩa quay) của chuyển tiếp bắt đầu di chuyển và cuối cùng đóng các tiếp điểm tiếp sức vào cuối hành trình của nó. Thời gian trôi qua giữa thời điểm khi kích hoạt số lượng vượt quá giá trị pickup đến thời điểm khi các tiếp điểm relay tiếp xúc.

Đặt lại thời gian chuyển tiếp: Thời gian trôi qua giữa thời điểm khi lượng khởi động trở nên thấp hơn giá trị đặt lại cho tới khi tín hiệu tiếp điểm chuyển tiếp trở về vị trí bình thường.

Reach of Relay: Một relay khoảng cách hoạt động bất cứ khi nào khoảng cách nhìn thấy của relay ít hơn trở kháng quy định trước. Trở kháng hoạt động trong relay là chức năng của khoảng cách trong một khoảng cách bảo vệ relay. Trở kháng này hoặc khoảng cách tương ứng được gọi là reach of relay.

 

History of Protective Relay

The evolution of protective relays begins with the electromechanical relays. Over the past decade it upgraded from electromechanical to solid state technologies to predominate use of microprocessors and microcontrollers.

The timeline of the development of protective relays is shown below:

1900 to 1963	1963 to 1972	1972 to 1980	1980 to 1990
Electromechanical Relay	Static Relay	Digital Relay	Numerical Relay
1925=Single Disc Type Relay (Single Input)	1963=Static Relay  (All Purpose)	1980=Digital Type Relay (All Purpose)	1990=Numerical Type Relay (All Purpose)
1961=Single Cup Type Relay (Impedance Relay)	1972=Static Relay with self checking           (All Purpose)

 

Các loại Rơ le - Relay

Các loại relay bảo vệ chủ yếu:
 

A. Dựa trên đặc tính

1. Definite time Relays.
2. Inverse definite minimum time Relays (IDMT)
3. Instantaneous Relays
4. IDMT with Instantaneous.
5. Stepped Characteristic
6. Programmed Switches
7. Voltage restraint over current relay
 

B. Dựa trên logic

01. Differential
02. Unbalance
03. Neutral Displacement
04. Directional
05. Restricted Earth Fault
06. Over Fluxing
07. Distance Schemes
08. Bus bar Protection
09. Reverse Power Relays
10. Loss of excitation
11. Negative Phase Sequence Relays etc.
 

C. Dựa trên tham số dẫn (truyền) động

1. Current Relays
2. Voltage Relays
3. Frequency Relays
4. Power Relays etc.
 

D. Dựa trên cơ chế hoạt động

1. Electro Magnetic Relay

2. Static Relay
    - Analog Relay
    - Digital Relay
    - Numerical /Microprocessor Relay

3. Mechanical relay
    - Thermal
      + OT Trip (Oil Temperature Trip)
      + WT Trip (Winding Temperature Trip)
      + Bearing Temp Trip etc.

    - Float Type
      + Buchholz
      + OSR
      + PRV
      + Water level Controls etc.

    - Pressure Switches
    - Mechanical Interlocks
    - Pole discrepancy Relay
 

E. Dựa trên ứng dụng

    - Primary Relays
    - Backup Relays

 

Phân loại relay dựa trên cấu trúc vận hành chuyển tiếp

1. Relay điện từ

Rơ le điện từ được phân loại theo hai loại sau.
 

1.1 Electromagnetic Attraction Relay

Relay này hoạt động trên Nguyên lý Thu hút Điện từ
 

1.2 Electromagnetic Induction Relay

Relay này hoạt động trên Nguyên tắc Điện từ
 

2. Solid State (Static) Relay trạng thái rắn

Rơle trạng thái rắn (và tĩnh) được phân loại tiếp theo các chỉ định sau:
 

2.1 Analog Relay

Sự đo đếm trong các rơ le Analog được chuyển thành điện áp thấp nhưng các tín hiệu giống nhau (tương tự), sau đó được kết hợp hoặc so sánh trực tiếp với các giá trị tham khảo trong các máy dò mức để tạo ra đầu ra mong muốn.
 

2.2 Digital Relay

Trong các rơle kỹ thuật số đo số lượng ac được thao tác ở dạng analogue và sau đó chuyển đổi thành điện áp sóng vuông (nhị phân). Các mạch logic hoặc vi xử lý so sánh các mối quan hệ pha của sóng vuông để đưa ra quyết định đóng-nhả (trip).
 

2.3 Numerical Relay

Trong các số chuyển tiếp số đo lượng ac được lấy mẫu theo thứ tự và chuyển đổi thành dạng dữ liệu số. Bộ vi xử lý thực hiện các hoạt động toán học và / hoặc logic trên dữ liệu để đưa ra các quyết định trip.

 

Full video clip: Kiểm tra rơ le bảo vệ: Kiểm tra toàn bộ các dòng relay

   

English Edition
 

Introduction to Protective Relay

Protective relay works in the way of sensing and control devices to accomplish its function. Under normal power system operation, a protective relay remains idle and serves no active function.

But when fault or undesirable condition arrives Protective Relay must be operated and function correctly.

A Power System consists of various electrical components like Generator, transformers, transmission lines, isolators, circuit breakers, bus bars, cables, relays, instrument transformers, distribution feeders, and various types of loads.

Fault level also depends on the fault impedance which depends on the location of fault referred from the source side. To calculate fault level at various points in the power system, fault analysis is necessary.

The protection system operates and isolates the faulty section. The operation of the protection system should be fast and selective i.e. it should isolate only the faulty section in the shortest possible time causing minimum disturbance to the system. Also, if main protection fails to operate, there should be a backup protection for which proper relay co-ordination is necessary.

Failure of a protective relay can result in devastating equipment damage and prolonged downtime.

 

Working Principle of Protective Scheme

Protective relaying senses the abnormal condition in a part of power system and gives an alarm or isolates that part from healthy system. Protective relaying is a team work of CT, PT, protective relays, time delay relays, trip circuits, circuit breakers etc.

Protective relaying plays an important role in minimizing the faults and also in minimizing the damage in the event of faults.




Các kết nối cơ bản của bộ điều khiển ngắt mạch cho hoạt động mở


Figure above shows basic connections of circuit breaker control for the opening operation. The protected circuit X is shown by dashed line. When a fault occurs in the protected circuit the relay connected to CT and PT actuates and closes its contacts.

Current flows from battery in the trip circuit. As the trip coil of circuit breaker is energized, the circuit breaker operating mechanism is actuated and it operates for the opening operation.

Thus the fault is sensed and the trip circuit is actuated by the relay and the faulty part is isolated.

 

What is Relay?

A relay is automatic device which senses an abnormal condition of electrical circuit and closes its contacts.

These contacts in turns close and complete the circuit breaker trip coil circuit hence make the circuit breaker tripped for disconnecting the faulty portion of the electrical circuit from rest of the healthy circuit.

 

Functions of Protective Relay

These are the main functions of protective relay:

1. To sound an alarm or to close the trip circuit of a circuit breaker so as to disconnect Faulty Section.

2. To disconnect the abnormally operating part so as to prevent subsequent faults. For e.g. Overload protection of a machine not only protects the machine but also prevents Insulation failure.

3. To isolate or disconnect faulted circuits or equipment quickly from the remainder of the system so the system can continue to function and to minimize the damage to the faulty part. For example – If machine is disconnected immediately after a winding fault, only a few coils may need replacement. But if the fault is sustained, the entire winding may get damaged and machine may be beyond repairs.

4. To localize the effect of fault by disconnecting the faulty part from healthy part, causing   least disturbance to the healthy system.

5. To disconnect the faulty part quickly so as to improve system stability, service continuity and system performance. Transient stability can be improved by means of improved   protective relaying.

6. To minimize hazards to personnel.

 

Desirable Qualities of Protective Relaying

- Selectivity,
- Discrimination
- Stability
- Sensitivity,
- Power consumption
- System Security
- Reliability
- Adequateness
- Speed & Time

 

Terminology of protective relay

Pickup level of actuating signal: The value of actuating quantity (voltage or current) which is on threshold above which the relay initiates to be operated. If the value of actuating quantity is increased, the electromagnetic effect of the relay coil is increased and above a certain level of actuating quantity the moving mechanism of the relay just starts to move.

Reset level: The value of current or voltage below which a relay opens its contacts and comes in original position.

Operating Time of Relay: Just after exceeding pickup level of actuating quantity the moving mechanism (for example rotating disc) of relay starts moving and it ultimately close the relay contacts at the end of its journey. The time which elapses between the instant when actuating quantity exceeds the pickup value to the instant when the relay contacts close.

Reset time of Relay: The time which elapses between the instant when the actuating quantity becomes less than the reset value to the instant when the relay contacts returns to its normal position.

Reach of Relay: A distance relay operates whenever the distance seen by the relay is less than the pre-specified impedance. The actuating impedance in the relay is the function of distance in a distance protection relay. This impedance or corresponding distance is called reach of the relay.

 

History of Protective Relay

The evolution of protective relays begins with the electromechanical relays. Over the past decade it upgraded from electromechanical to solid state technologies to predominate use of microprocessors and microcontrollers.

The timeline of the development of protective relays is shown below:

1900 to 1963	1963 to 1972	1972 to 1980	1980 to 1990
Electromechanical Relay	Static Relay	Digital Relay	Numerical Relay
1925=Single Disc Type Relay (Single Input)	1963=Static Relay  (All Purpose)	1980=Digital Type Relay (All Purpose)	1990=Numerical Type Relay (All Purpose)
1961=Single Cup Type Relay (Impedance Relay)	1972=Static Relay with self checking           (All Purpose)

 

Types of Relays

Types of protection relays are mainly:
 

A. Based on Characteristic

1. Definite time Relays.
2. Inverse definite minimum time Relays (IDMT)
3. Instantaneous Relays
4. IDMT with Instantaneous.
5. Stepped Characteristic
6. Programmed Switches
7. Voltage restraint over current relay
 

B. Based on logic

01. Differential
02. Unbalance
03. Neutral Displacement
04. Directional
05. Restricted Earth Fault
06. Over Fluxing
07. Distance Schemes
08. Bus bar Protection
09. Reverse Power Relays
10. Loss of excitation
11. Negative Phase Sequence Relays etc.
 

C. Based on Actuating parameter

1. Current Relays
2. Voltage Relays
3. Frequency Relays
4. Power Relays etc.
 

D. Based on Operation Mechanism

1. Electro Magnetic Relay
2. Static Relay
    - Analog Relay
    - Digital Relay
    - Numerical /Microprocessor Relay
3. Mechanical relay
    - Thermal
      + OT Trip (Oil Temperature Trip)
      + WT Trip (Winding Temperature Trip)
      + Bearing Temp Trip etc.
    - Float Type
      + Buchholz
      + OSR
      + PRV
      + Water level Controls etc.
    - Pressure Switches
    - Mechanical Interlocks
    - Pole discrepancy Relay
 

E. Based on Applications

    - Primary Relays
    - Backup Relays

 

Types of Relay based on Relay Operation Mechanism

1. Electromagnetic Relay

Electromagnetic relays are further categorized under two following categories.
 

1.1 Electromagnetic Attraction Relay

This Relay works on Electromagnetic Attraction Principle
 

1.2 Electromagnetic Induction Relay

This Relay works on Electromagnetic Induction Principle
 

2. Solid State (Static) Relay

Solid-state (and static) relays are further categorized under following designations:
 

2.1 Analog Relay

In Analog relays are measured quantities are converted into lower voltage but similar signals, which are then combined or compared directly to reference values in level detectors to produce the desired output.
 

2.2 Digital Relay

In Digital relays measured ac quantities are manipulated in analogue form and subsequently converted into square-wave (binary) voltages. Logic circuits or microprocessors compare the phase relationships of the square waves to make a trip decision.
 

2.3 Numerical Relay

In Numerical relays measured ac quantities are sequentially sampled and converted into numeric data form. A microprocessor performs mathematical and/or logical operations on the data to make trip decisions.