Bài giảng Điện tử Công suất - Chương VI: Ngịch lưu một pha

246 trang huongle 3470

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử Công suất - Chương VI: Ngịch lưu một pha", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_dien_tu_cong_suat_chuong_vi_ngich_luu_mot_pha.pdf

Nội dung text: Bài giảng Điện tử Công suất - Chương VI: Ngịch lưu một pha

1 ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA Nguyeãn Hoaøng Vieät BAÛO VEÄ RÔLE VAØ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN (Taùi baûn laàn thöù hai, coù söûa chöõa boå sung) NHAØ XUAÁT BAÛN ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH – 2005
2 MUÏC LUÏC LÔØI NOÙI ÑAÀU 6 PHAÀN MOÄT: CAÙC NGUYEÂN LYÙ THÖÏC HIEÄN BAÛO VEÄ RÔLE 7 Chöông 1 CAÙC VAÁN ÑEÀ CHUNG CUÛA BAÛO VEÄ 8 1.1 Nhieäm vuï cuûa baûo veä 8 1.2 Caùc yeâu caàu cô baûn ñoái vôùi heä thoáng baûo veä 8 1.3 Caùc boä phaän cuûa heä thoáng baûo veä 11 Chöông 2 CAÙC KYÕ THUAÄT CHEÁ TAÏO RÔLE BAÛO VEÄ 34 2.1 Baûo veä ñöôïc thöïc hieän baèng caùc rôle ñieän cô 34 2.2 Söû duïng linh kieän baùn daãn, vi maïch trong caùc sô ñoà baûo veä 38 2.3 Baûo veä duøng kyõ thuaät soá vi xöû lyù 46 Chöông 3 BAÛO VEÄ QUAÙ DOØNG ÑIEÄN 60 3.1 Nguyeân taéc taùc ñoäng 60 3.2 Baûo veä doøng ñieän cöïc ñaïi 60 3.3 Baûo veä doøng ñieän caét nhanh 65 3.4 Baûo veä doøng ñieän cöïc ñaïi coù kieåm tra aùp 67 3.5 Baûo veä doøng ñieän ba caáp 68 3.6 Ñaùnh giaù baûo veä quaù doøng ñieän 68 Chöông 4 BAÛO VEÄ DOØNG ÑIEÄN COÙ HÖÔÙNG 70 4.1 Nguyeân taéc hoaït ñoäng 70 4.2 Phaàn töû ñònh höôùng coâng suaát 71 4.3 Baûo veä doøng ñieän coù höôùng ba caáp 75 4.4 Moät soá lónh vöïc vaø löu yù khi aùp duïng boä phaän ñònh höôùng coâng suaát cho baûo veä doøng ñieän 77 4.5 Ñaùnh giaù baûo veä doøng ñieän coù höôùng 80 Chöông 5 BAÛO VEÄ DOØNG ÑIEÄN CHOÁNG CHAÏM ÑAÁT 81 5.1 Baûo veä choáng chaïm ñaát trong maïng ñieän coù doøng chaïm ñaát lôùn 81 5.2 Baûo veä choáng chaïm ñaát trong maïng coù doøng chaïm ñaát nhoû 88 Chöông 6 BAÛO VEÄ KHOAÛNG CAÙCH 97 6.1 Nguyeân taéc hoaït ñoäng 97 6.2 Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa baûo veä khoaûng caùch vaø bieåu dieãn chuùng trong maët phaúng phöùc toång trôû Z 99 6.3 Nguyeân taéc thöïc hieän rôle khoaûng caùch 102 6.4 Caùch choïn U R, I R ñöa vaøo boä phaän khoaûng caùch ñeå phaûn aùnh ngaén maïch giöõa caùc pha 103
3 6.5 Caùch choïn U R, I R ñöa vaøo boä phaän khoaûng caùch ñeå phaûn aùnh chaïm ñaát moät pha 111 6.6 Choïn caùc tham soá cuûa baûo veä 114 6.7 Nhöõng yeáu toá laøm sai leäch söï laøm vieäc cuûa rôle khoaûng caùch 119 6.8 Ñaùnh giaù lónh vöïc öùng duïng cuûa baûo veä khoaûng caùch 127 Chöông 7 BAÛO VEÄ SO LEÄCH 129 7.1 Nguyeân taéc thöïc hieän 131 7.2 Doøng khoâng caân baèng trong baûo veä so leäch doøng ñieän 131 7.3 Doøng ñieän khôûi ñoäng cuûa baûo veä so leäch doøng ñieän 132 7.4 Nhöõng bieän phaùp thöôøng duøng ñeå naâng cao ñoä nhaïy vaø tính ñaûm baûo cuûa baûo veä 132 7.5 Baûo veä so leäch ngang 138 7.6 Ñaùnh giaù baûo veä so leäch 142 PHAÀN HAI: BAÛO VEÄ CAÙC PHAÀN TÖÛ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 143 Chöông 8 BAÛO VEÄ ÑÖÔØNG DAÂY 144 8.1 Toång quaùt 144 8.2 Caùc heä thoáng baûo veä ñöôøng daây daøi, ñieän theá cao, coâng suaát lôùn 145 8.3 Ñöôøng daây song song 168 8.4 Ñöôøng daây reõ nhaùnh 180 8.5 Baûo veä boä ñöôøng daây vaø maùy bieán aùp (MBA) 185 8.6 Baûo veä ñöôøng daây coù tuï noái tieáp 188 8.7 Caùc sô ñoà baûo veä ñöôøng daây tieâu bieåu 210 Chöông 9 BAÛO VEÄ MAÙY BIEÁN AÙP 213 9.1 Caùc söï coá vaø cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa MBA 213 9.2 Baûo veä choáng söï coá tröïc tieáp beân trong MBA 216 9.3 Baûo veä choáng söï coá giaùn tieáp beân trong MBA 232 9.4 Caùc sô ñoà baûo veä tieâu bieåu caùc loaïi maùy bieán aùp 234 Chöông 10 BAÛO VEÄ MAÙY PHAÙT ÑIEÄN VAØ BOÄ MAÙY PHAÙT - MAÙY BIEÁN AÙP 238 10.1 Toång quaùt 238 10.2 Baûo veä stator maùy phaùt 239 10.3 Baûo veä rotor 245 10.4 Caùc baûo veä khaùc 250 10.5 Baûo veä boä maùy phaùt - maùy bieán aùp 251 10.6 Caùc sô ñoà baûo veä tieâu bieåu 253
4 Chöông 11 BAÛO VEÄ THANH CAÙI 256 11.1 Baûo veä thanh caùi baèng caùc phaàn töû noái keát thanh caùi 257 11.2 Baûo veä choáng roø, chaïm ñaát thanh caùi trong tuû 259 11.3 Baûo veä so leäch thanh caùi 260 11.4 Sô ñoà baûo veä thanh caùi tieâu bieåu 272 Chöông 12 BAÛO VEÄ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN COÂNG NGHIEÄP 274 12.1 Phaân loaïi caùc baûo veä 274 12.2 Phoái hôïp baûo veä 293 12.3 Phaân boá doøng söï coá töø caùc ñoäng cô caûm öùng 298 12.4 Baûo veä maïng haï theá 299 12.5 Naâng cao heä soá cos ϕ vaø baûo veä tuï ñieän 309 Chöông 13 BAÛO VEÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN 312 13.1 Doøng khôûi ñoäng vaø doøng haõm cuûa ñoäng cô 312 13.2 Nhöõng tình traïng laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa ñoäng cô 313 13.3 Caùc sô ñoà baûo veä ñoäng cô ñieän 319 PHAÀN BA: TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 320 Chöông 14 TÖÏ ÑOÄNG ÑOÙNG LAÏI ÑÖÔØNG DAÂY 326 14.1 Toång quaùt 326 14.2 Töï ñoùng laïi baèng caùch keát hôïp MC vôùi heä thoáng töï ñoùng laïi (ARS) 330 14.3 Maùy caét töï ñoäng ñoùng laïi 345 14.4 Thieát bò phaân ñoaïn töï ñoäng 356 14.5 Phoái hôïp ACR vôùi caùc thieát bò baûo veä khaùc 358 14.6 Töï ñoäng vaän haønh maïng kín (LA) 372 8 8 6 8 2 Chöông 15 TÖÏ ÑOÄNG ÑIEÀU CHÆNH ÑIEÄN AÙP MAÙY PHAÙT ÑIEÄN VAØ PHAÂN PHOÁI COÂNG SUAÁT KHAÙNG 375 15.1 Toång quaùt veà heä thoáng kích töø 375 15.2 Chöùc naêng ñieàu khieån vaø baûo veä 385 15.3 Caùc boä haïn cheá vaø baûo veä 394 15.4 Ñieàu chænh ñieän aùp vaø phaân phoái coâng suaát khaùng giöõa caùc toå maùy laøm vieäc song song 400 Chöông 16 TÖÏ ÑOÄNG ÑIEÀU CHÆNH TAÀN SOÁ VAØ COÂNG SUAÁT THÖÏC TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 404 16.1 Toång quaùt 404 16.2 AÛnh höôûng cuûa taàn soá leân toå turbine - maùy phaùt 406 16.3 Ñieàu chænh toác ñoä turbine sô caáp 409
5 16.4 Caùc toå maùy phaùt laøm vieäc song song 412 16.5 Moâ hình ñaùp öùng taàn soá heä thoáng 416 16.6 Khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä leäch taàn soá 421 16.7 Moâ hình caûi tieán 427 16.8 Moâ hình ñaùp öùng taàn soá heä thoáng khaùc 429 16.9 Toác ñoä ñaùp öùng nhu cuûa heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä turbine 430 16.10 Caùch thöïc hieän ñieàu chænh toác ñoä turbine 431 16.11 Ñieàu khieån taàn soá thöù caáp 438 Chöông 17 BAÛO VEÄ TAÀN SOÁ – TÖÏ ÑOÄNG SA THAÛI PHUÏ TAÛI 445 17.1 Muïc ñích vaø nhöõng ñaëc ñieåm cuûa sa thaûi phuï taûi 445 17.2 Baûo veä taàn soá turbine hôi 446 17.3 Baûo veä taàn soá thaáp 447 17.4 Thieát keá baûo veä caét taûi theo taàn soá vaø ñoä doác 453 17.5 Sa thaûi phuï taûi theo taàn soá vaø thôøi gian 458 17.6 Caùc phöông phaùp khaùc 460 Chöông 18 HOØA ÑIEÄN GIÖÕA CAÙC MAÙY PHAÙT LAØM VIEÄC SONG SONG 462 18.1 Khaùi nieäm chung 462 18.2 Hoøa ñieän chính xaùc 464 18.3 Töï hoøa ñieän 478 MAÕ SOÁ RÔLE 484 ANH VIEÄT ÑOÁI CHIEÁU 486 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 490
6 LÔØI NOÙI ÑAÀU Trong quaù trình vaän haønh heä thoáng ñieän (HTÑ), chuùng ta coù theå gaëp tình traïng heä thoáng ñieän laøm vieäc khoâng bình thöôøng, söï coá Nguyeân nhaân coù theå do chuû quan hoaëc khaùch quan. Heä thoáng baûo veä rôle seõ giuùp phaùt hieän caùc tình traïng ñoù ñeå ñeà ra nhöõng bieän phaùp xöû lyù kòp thôøi. Moät trong nhöõng yeâu caàu quan troïng nhaát cuûa ngaønh ñieän laø phaûi cung öùng cho ngöôøi tieâu thuï ñieän naêng vôùi chaát löôïng toát nhaát. Ñeå thoûa maõn yeâu caàu naøy trong heä thoáng ñieän ñöôïc thöïc hieän baèng caùc boä phaän töï ñoäng chöùc naêng. Cuoán saùch BAÛO VEÄ RÔLE VAØ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN nhaèm trang bò cho baïn ñoïc nhöõng kieán thöùc caên baûn nhaát trong lónh vöïc neâu treân. Cuoán saùch ñöôïc vieát chuû yeáu cho sinh vieân ngaønh Ñieän cuûa Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa, caùc tröôøng Kyõ thuaät ñieän, hoïc vieân sau ñaïi hoïc vaø caùc nhaø chuyeân moân ñang laøm vieäc trong lónh vöïc lieân quan coù theå tham khaûo. Giaùo trình naøy ñöôïc chia laøm ba phaàn: Phaàn moät: Caùc nguyeân lyù baûo veä rôle - Tìm hieåu caùc nguyeân lyù thöïc hieän baûo veä caùc phaàn töû heä thoáng ñieän coù tình traïng khoâng bình thöôøng cuõng nhö söï coá xaûy ra trong heä thoáng ñieän; - Tìm hieåu caùc nguyeân taéc coâng ngheä cheá taïo caùc rôle caùc theá heä khaùc nhau. Phaàn hai: Baûo veä caùc phaàn töû trong heä thoáng ñieän Tìm hieåu caùch thöïc hieän, sô ñoà baûo veä caùc phaàn töû heä thoáng ñieän nhö: ñöôøng daây, maùy bieán aùp, maùy phaùt, thanh goùp Phaàn ba: Töï ñoäng hoùa trong heä thoáng ñieän Tìm hieåu caùc boä phaän töï ñoäng chöùc naêng trong heä thoáng ñieän nhö: töï ñoäng ñoùng trôû laïi nguoàn ñieän, töï ñoäng ñieàu chænh ñieän aùp, taàn soá Trong laàn in naøy chuùng toâi coù söûa chöõa vaø boå sung cuõng nhö thay ñoåi moät soá chöông muïc so vôùi ñôït in ñaàu tieân. Ñeå boå trôï giuùp cho sinh vieân naém vöõng phaàn lyù thuyeát ñaõ ñöôïc trình baøy trong cuoán saùch naøy, chuùng toâi ñaõ bieân soaïn vaø xuaát baûn cuoán baøi taäp CAÙC BAØI TOAÙN TÍNH NGAÉN MAÏCH BAÛO VEÄ RÔLE VAØ TÖÏ ÑOÄNG HOÙA TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN trình baøy toùm taét lyù thuyeát phaàn ngaén maïch, caùc baøi taäp ngaén maïch, baûo veä rôle vaø töï ñoäng hoùa trong heä thoáng ñieän. Thaønh thaät caùm ôn söï ñoùng goùp yù kieán quyù baùu cuûa Thaày Phan Keá Phuùc vaø Coâ Phan Thò Thu Vaân. Raát mong nhaän ñöôïc nhieàu yù kieán ñoùng goùp cuûa quyù ñoàng nghieäp vaø ñoäc giaû. Moïi yù kieán ñoùng goùp xin göûi veà Boä moân Heä thoáng ñieän, Khoa Ñieän - Ñieän töû - Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa - Ñaïi hoïc Quoác qia TP Hoà Chí Minh - 268 Lyù Thöôøng Kieät, Quaän 10, TP Hoà Chí Minh. Ñieän thoaïi: 8.651801. Xin chaân thaønh caùm ôn. TS Nguyeãn Hoaøng Vieät
7 PHAÀN I CAÙC NGUYEÂN LYÙ THÖÏC HIEÄN BAÛO VEÄ RÔLE
8 Chöông 1 CAÙC VAÁN ÑEÀ CHUNG CUÛA BAÛO VEÄ 1.1 NHIEÄM VUÏ CUÛA BAÛO VEÄ Trong quaù trình vaän haønh heä thoáng ñieän (HTÑ) coù theå xuaát hieän tình traïng söï coá vaø cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuûa caùc phaàn töû. Phaàn lôùn caùc söï coá thöôøng keøm theo hieän töôïng doøng ñieän taêng khaù cao vaø ñieän aùp giaûm khaù thaáp. Caùc thieát bò coù doøng ñieän taêng cao chaïy qua coù theå bò ñoát noùng quaù möùc cho pheùp vaø bò hö hoûng khi ñieän aùp bò giaûm thaáp, caùc hoä tieâu thuï khoâng theå laøm vieäc bình thöôøng maø tính oån ñònh cuûa caùc maùy phaùt laøm vieäc song song vaø cuûa toaøn heä thoáng bò giaûm. Caùc cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng cuõng laøm cho aùp, doøng vaø taàn soá leäch khoûi giôùi haïn cho pheùp vaø neáu ñeå keùo daøi tình traïng naøy coù theå xuaát hieän söï coá. Coù theå noùi, söï coá laøm roái loaïn caùc hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa HTÑ noùi chung vaø cuûa caùc hoä tieâu thuï ñieän noùi rieâng. Cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng coù nguy cô xuaát hieän söï coá laøm giaûm tuoåi thoï cuûa maùy moùc. Muoán duy trì hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa heä thoáng vaø cuûa caùc hoä tieâu thuï thì khi xuaát hieän söï coá caàn phaùt hieän caøng nhanh caøng toát choã söï coá ñeå caùch ly noù khoûi phaàn töû khoâng bò hö hoûng, coù nhö vaäy phaàn töû coøn laïi môùi duy trì ñöôïc hoaït ñoäng bình thöôøng, ñoàng thôøi giaûm möùc ñoä hö haïi cuûa phaàn bò söï coá. Nhö vaäy, chæ coù caùc thieát bò töï ñoäng baûo veä (BV) môùi coù theå thöïc hieän toát ñöôïc yeâu caàu neâu treân. Caùc thieát bò naøy hôïp thaønh heä thoáng baûo veä (HTBV). Caùc maïng ñieän hieän ñaïi khoâng theå laøm vieäc thieáu caùc HTBV, vì chuùng theo doõi lieân tuïc tình traïng vaø cheá ñoä laøm vieäc cuûa taát caû caùc phaàn töû cuûa HTÑ. Khi xuaát hieän söï coá, BV phaùt hieän vaø cho tín hieäu ñi caét caùc phaàn töû hö hoûng thoâng qua caùc maùy caét ñieän (MC). Khi xuaát hieän cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng, BV seõ phaùt hieän vaø tuøy thuoäc theo yeâu caàu coù theå taùc ñoäng ñeå khoâi phuïc cheá ñoä laøm vieäc bình thöôøng hoaëc baùo tín hieäu cho nhaân vieân tröïc. Heä thoáng BV laø toå hôïp cuûa caùc phaàn töû cô baûn laø caùc rôle, neân coøn ñöôïc goïi laø BV rôle. 1.2 CAÙC YEÂU CAÀU CÔ BAÛN ÑOÁI VÔÙI HEÄ THOÁNG BAÛO VEÄ 1.2.1 Yeâu caàu ñoái vôùi baûo veä choáng ngaén maïch 1- Tính choïn loïc Khaû naêng cuûa BV chæ caét phaàn hö hoûng khi NM ñöôïc goïi laø tính choïn loïc.
9 Ñoái vôùi ví duï treân hình 1.1, yeâu caàu naøy ñöôïc thöïc hieän nhö sau: khi NM (NM) taïi ñieåm N 1, maùy caét MC3 laø maùy caét ôû gaàn choã söï coá nhaát ñöôïc caét ra, nhôø vaäy caùc phuï taûi khoâng noái vaøo ñöôøng daây hö hoûng vaãn ñöôïc nhaän ñieän. Khi NM taïi ñieåm N 2, ñöôøng daây söï coá II ñöôïc caét ra töø hai phía nhôø MC1 vaø MC2, coøn ñöôøng daây I vaãn laøm vieäc, vì vaäy toaøn boä caùc hoä tieâu thuï vaãn nhaän ñöôïc ñieän. Yeâu caàu taùc ñoäng choïn loïc laø yeâu caàu cô baûn nhaát ñeå ñaûm baûo cung caáp ñieän an toaøn cho caùc hoä tieâu thuï. Neáu BV taùc ñoäng khoâng choïn loïc, söï coá coù theå lan roäng. B C MC6 MC7 I MC8 I MC3 N1 MC4 MC5 MC1 N II 2 MC2 II BV3 D BV1 BV2 E Hình 1.1 Caét choïn loïc phaàn töû bò hö hoûng khi NM trong maïng 2- Taùc ñoäng nhanh Tính taùc ñoäng nhanh cuûa BV laø yeâu caàu quan troïng khi coù NM beân trong cuûa thieát bò. Baûo veä taùc ñoäng caøng nhanh thì: - Ñaûm baûo tính oån ñònh laøm vieäc song song cuûa caùc maùy phaùt trong heä thoáng, laøm giaûm aûnh höôûng cuûa ñieän aùp thaáp leân caùc phuï taûi - Giaûm taùc haïi doøng NM tôùi caùc thieát bò - Giaûm xaùc suaát daãn ñeán hö hoûng naëng hôn - Naâng cao hieäu quaû thieát bò töï ñoùng laïi. Thôøi gian caét hö hoûng t bao goàm thôøi gian taùc ñoäng cuûa (BV) tbv vaø thôøi gian caét cuûa MC tMC : t = t bv + t MC Ñoái vôùi caùc HTÑ hieän ñaïi, thôøi gian caét NM lôùn nhaát cho pheùp theo yeâu caàu ñaûm baûo tính oån ñònh raát nhoû. Ví duï ñoái vôùi ñöôøng daây taûi ñieän 300 ÷ 500 kV , caàn phaûi caét söï coá trong voøng 0,1 ÷ 0,12 giaây (s) sau khi NM xuaát hieän, coøn trong maïng 110 ÷ 220 kV thì trong voøng 0,15 ÷ 0,3 s. Trong caùc maïng phaân phoái 6, 10, 15 kV ôû caùch xa nguoàn thôøi gian caét söï coá cho pheùp leân tôùi 1,5 ÷ 3s. Muoán caét nhanh NM caàn giaûm thôøi gian taùc ñoäng cuûa BV vaø MC. Hieän duøng phoå bieán caùc MC coù tMC = 0,15 ÷ 0,06 s. Neáu caàn caét NM vôùi thôøi gian t = 0,12 s baèng MC coù tMC = 0,08 s thì thôøi gian taùc ñoäng cuûa BV khoâng ñöôïc vöôït quaù 0,04 s (hai chu kyø). Baûo veä coù thôøi gian taùc ñoäng döôùi 0,1 s ñöôïc xeáp vaøo loaïi taùc ñoäng nhanh. Loaïi BV taùc ñoäng nhanh hieän ñaïi coù tBV = 0,01 ÷ 0,04 s. Vieäc cheá taïo BV vöøa taùc ñoäng choïn loïc, vöøa nhanh laø vaán ñeà khoù. Caùc BV naøy phöùc taïp vaø ñaét. Ñeå ñôn giaûn, coù theå thöïc hieän caét nhanh NM khoâng choïn loïc, sau ñoù duøng thieát bò töï ñoùng laïi phaàn bò caét khoâng choïn loïc.
10 3- Ñoä nhaïy Treân hình 1.1 ta thaáy moãi BV caàn taùc ñoäng khi söï coá xaûy ra trong vuøng BV cuûa mình (ñeå baûo ñaûm vöøa coù BV chính vaø BV döï tröõ taïi choã). Ví duï, BV1 vaø 2 caàn taùc ñoäng khi NM xaûy ra trong ñoaïn DE. Ngoaøi ra, noù coøn caàn taùc ñoäng khi NM xaûy ra trong ñoaïn BC cuûa BV3. Ñieàu naøy caàn thieát ñeå döï phoøng tröôøng hôïp NM treân ñoaïn BC maø BV3 hoaëc MC3 naøy khoâng laøm vieäc. Taùc ñoäng cuûa BV ñoái vôùi ñoaïn keá tieáp ñöôïc goïi laø döï phoøng xa. Moãi BV caàn taùc ñoäng khoâng chæ vôùi tröôøng hôïp NM tröïc tieáp maø caû khi NM qua ñieän trôû trung gian cuûa hoà quang. Ngoaøi ra, noù caàn taùc ñoäng khi NM xaûy ra trong luùc heä thoáng laøm vieäc ôû cheá ñoä cöïc tieåu (ôû cheá ñoä naøy moät soá nguoàn ñöôïc caét ra vaø do ñoù doøng NM coù giaù trò nhoû). Ñoä nhaïy cuûa BV thöôøng ñöôïc ñaùnh giaù baèng heä soá nhaïy knh . Ñoái vôùi BV cöïc ñaïi taùc ñoäng, ñaïi löôïng theo doõi taêng khi coù hö hoûng (ví duï quaù doøng ñieän) thì knh ñöôïc xaùc ñònh IN min knh = I kñbv vôùi: INmin - doøng NM nhoû nhaát; Ikñbv - giaù trò doøng nhoû nhaát maø BV coù theå taùc ñoäng. Ñoái vôùi BV cöïc tieåu taùc ñoäng khi ñaïi löôïng theo doõi giaûm khi hö hoûng (ví duï ñieän aùp cöïc tieåu), heä soá knh ñöôïc xaùc ñònh ngöôïc laïi baèng trò soá ñieän aùp khôûi ñoäng chia cho ñieän aùp dö coøn laïi lôùn nhaát khi hö hoûng. BV caàn coù ñoä nhaïy sao cho noù taùc ñoäng chaéc chaén khi NM qua ñieän trôû cuûa hoà quang ôû cuoái vuøng ñöôïc giao BV trong cheá ñoä cöïc tieåu cuûa heä thoáng. 4- Ñoä tin caäy Ñoä tin caäy theå hieän yeâu caàu BV phaûi taùc ñoäng chaéc chaén khi NM xaûy ra trong vuøng ñöôïc giao BV vaø khoâng ñöôïc taùc ñoäng ñoái vôùi caùc cheá ñoä maø noù khoâng coù nhieäm vuï taùc ñoäng. Ñaây laø yeâu caàu raát quan troïng. Moät BV naøo ñoù hoaëc khoâng taùc ñoäng hoaëc taùc ñoäng nhaàm raát coù theå daãn ñeán haäu quaû laø soá phuï taûi bò maát ñieän nhieàu hôn hoaëc laøm cho söï coá lan traøn. Ví duï, khi NM taïi ñieåm N 2 treân hình 1.1 maø BV khoâng taùc ñoäng caét MC1 vaø MC2 ñöôïc thì caùc BV döï phoøng xa khaùc soá caét nguoàn II MC4, MC5 vaø traïm B nhö vaäy BV khoâng tin caäy, laøm maát ñieän nhieàu, gaây thieät haïi kinh teá. Ñeå BV coù ñoä tin caäy cao caàn duøng sô ñoà ñôn giaûn, giaûm soá löôïng rôle vaø tieáp xuùc, caáu taïo ñôn giaûn, cheá ñoä vaø laép raùp ñaûm baûo chaát löôïng, ñoàng thôøi kieåm tra thöôøng xuyeân trong quaù trình vaän haønh. 1.2.2 Yeâu caàu ñoái vôùi baûo veä choáng caùc cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng Töông töï BV choáng NM, caùc BV naøy cuõng caàn taùc ñoäng choïn loïc, nhaïy vaø tin caäy. Yeâu caàu taùc ñoäng nhanh khoâng ñeà ra. Thôøi gian taùc ñoäng cuûa BV loaïi naøy cuõng ñöôïc xaùc ñònh theo tính chaát vaø haäu quaû cuûa cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng. Thoâng thöôøng caùc cheá ñoä naøy xaûy ra choác laùt vaø töï tieâu tan, ví duï hieän töôïng quaù taûi ngaén haïn khi khôûi ñoäng ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Tröôøng hôïp naøy neáu caét ngay seõ laøm phuï taûi maát ñieän. Vì vaäy, chæ caàn caét thieát bò khi xuaát hieän cheá ñoä laøm vieäc khoâng bình thöôøng neáu coù nguy cô thöïc teá ñoái vôùi thieát bò ñoù, nghóa laø sau khoaûng thôøi gian nhaát ñònh. Trong nhieàu tröôøng hôïp, nhaân vieân vaän haønh coù nhieäm vuï loaïi tröø cheá ñoä khoâng bình thöôøng vaø nhö vaäy chæ caàn yeâu caàu BV baùo tín hieäu.
11 1.3 CAÙC BOÄ PHAÄN CUÛA HEÄ THOÁNG BAÛO VEÄ Trong tröôøng hôïp toång quaùt, sô ñoà BV goàm hai phaàn chính: phaàn ño löôøng vaø phaàn loâgic (H.1.2). MC BU ÑO LÖÔØNG MAÏCH LOGIC THÖÏC HIEÄN ÑL LG IR BI NGUOÀN THAO TÍN HIEÄU HIEÅN THÒ TAÙC TH Tín hieäu töø BV khaùc Phaàn ño löôøng Phaàn logic Hình 1.2 Sô ñoà toång quaùt cuûa heä thoáng BV moät phaàn töû heä thoáng ñieän - Phaàn ño löôøng (PÑL) lieân tuïc thu nhaän tin töùc veà tình traïng cuûa phaàn töû ñöôïc BV, ghi nhaän söï xuaát hieän söï coá vaø tình traïng laøm vieäc khoâng bình thöôøng, ñoàng thôøi truyeàn tín hieäu ñeán phaàn loâgic. Phaàn ño löôøng nhaän nhöõng thoâng tin cuûa ñoái töôïng ñöôïc BV qua caùc boä bieán ñoåi ño löôøng sô caáp maùy bieán doøng (BI) vaø caùc maùy bieán ñieän aùp (BU). - Phaàn loâgic tieáp nhaän tín hieäu töø PÑL . Neáu giaù trò, thöù töï vaø toång hôïp caùc tín hieäu phuø hôïp vôùi chöông trình ñònh tröôùc noù seõ phaùt tín hieäu ñieàu khieån caàn thieát (caét MC hoaëc baùo tín hieäu) qua boä phaän thöïc hieän. Ngoaøi phaàn chính treân, ñeå cung caáp nguoàn moät chieàu DC cho PÑL, phaàn loâgic, maïch baùo tín hieäu, maøn hình theå hieän vaø boä phaän thöïc hieän caàn nguoàn thao taùc moät chieàu. 1.3.1 Ño löôøng sô caáp Maùy bieán doøng, maùy bieán ñieän aùp duøng ñeå: - Giaûm doøng ñieän vaø ñieän aùp cuûa ñoái töôïng BV ñeán giaù trò thaáp ñuû ñeå heä thoáng BV laøm vieäc an toaøn (doøng thöù caáp BI ñònh möùc laø 5 A hoaëc 1 A, aùp thöù caáp BU ñònh möùc laø 100 V hoaëc 120 V) - Caùch ly BV vôùi ñoái töôïng ñöôïc BV - Cho pheùp cuøng doøng vaø aùp chuaån thích öùng vôùi heä thoáng BV. Toång trôû thöù caáp cuûa BI raát thaáp, ngöôïc laïi toång trôû thöù caáp cuûa BU raát cao. Loõi cuûa BI coù theå ñöôïc cheá taïo baèng theùp hay khe hôû khoâng khí, BI coù loõi theùp coù coâng suaát ra lôùn nhöng coù nhieàu sai soá caû trong cheá ñoä laøm vieäc bình thöôøng hay quaù ñoä. BI coù loõi khoâng khí coù coâng suaát ra thaáp thöôøng khoâng ñuû cho rôle baùn daãn, vi maïch. Chuùng coù ñaëc tính laøm vieäc tuyeán tính vaø khoâng coù sai soá trong cheá ñoä quaù ñoä. Tieâu chuaån ñeå choïn tyû soá BI laø theo doøng ñieän taûi cöïc ñaïi. Caùc ñoái töôïng BV coù ñieän theá cao, coù theå söû duïng BU qua boä chia ñieän theá baèng tuï ñieän, ñeå ñieän theá ñeán BU chæ baèng 10% ñieän theá heä thoáng (H.1.3).
12 Uht C 1 U .C = ht 1 L1 UT C1+ C2 Uht - ñieän theá heä thoáng C1 , C 2 - ñieän dung cuûa C U2 2 UT boä phaän theá L1 - khaùng trôû UT - ñieän theá thöù caáp cuûa BU Hình 1.3 Maïch phaân theá baèng tuï ñieän Maùy bieán doøng ñieän (BI, TI, CT) Tyû soá bieán ñoåi doøng ñieän cuûa BI theo lyù thuyeát laø nghòch vôùi soá voøng cuoän sô caáp vaø thöù caáp cuûa BI. Nhöng thöïc teá doøng thöù caáp ñöôïc xaùc ñònh baèng NI.I T = IS – Iµ trong ñoù: IT, IS, Iµ - doøng thöù caáp, doøng sô caáp, doøng töø hoùa; NI - tyû soá doøng quaán. Doøng töø hoùa tyû leä vôùi toång trôû cuûa maïch thöù caáp, vì theá sai soá cuûa BI tyû leä vôùi toång trôû thöù caáp (phuï taûi cuûa BI). Caùc BI coù theå ñaûm baûo ñöôïc ñoä chính xaùc khi chuùng laøm vieäc ôû tình traïng gaàn vôùi tình traïng noái taét phía thöù caáp BI, nghóa laø khi phuï taûi phía thöù caáp BI beù thì luùc ñoù Iµ beù. Ví duï, khi phuï taûi 30 VA vaø doøng ñieän ñònh möùc 5 A, ta coù ñieän theá thöù caáp UT = 6 V. Khi ñieän trôû cuûa phuï taûi thay ñoåi trong moät phaïm vi giôùi haïn, doøng ñieän thöù caáp IT thöïc teá haàu nhö khoâng bieán ñoåi vì Iµ raát beù so vôùi doøng ñieän sô caáp IS. Vì theá phuï taûi cuûa BI luoân luoân noái tieáp, khaùc vôùi phuï taûi cuûa BU luoân luoân gheùp song song. Noái taét thöù caáp laø tröôøng hôïp laøm vieäc bình thöôøng cuûa BI. Khoâng cho pheùp maùy bieán doøng laøm vieäc ôû tình traïng hôû maïch thöù caáp khi doøng ñieän sô caáp ñònh möùc. Ñaëc bieät khi NM, doøng sô caáp lôùn, söùc ñieän ñoäng phía thöù caáp (neáu hôû maïch) coù theå ñaït ñeán haøng chuïc kiloâ volt. Cuõng caàn chuù yù raèng, neáu ñieän trôû cuûa phuï taûi ôû maïch thöù caáp lôùn cuõng coù theå gaây quaù ñieän aùp nguy hieåm. Ñoä chính xaùc cuûa BI ñöôïc tính baèng tyû soá  N I IT − Is  % sai soá =  .100  Is  Ñoái vôùi moät soá loaïi rôle ñoä chính xaùc 10% ñeán 15% khi NM coù theå chaáp nhaän ñöôïc, ví duï rôle doøng ñieän coù thôøi gian. Coøn nhöõng rôle khaùc nhö khoaûng caùch, so leäch yeâu caàu ñoä chính xaùc cao hôn laø 2 ÷ 3%. Trong tröôøng hôïp toång quaùt, coù theå duøng ñoä chính xaùc laø 5%. Sai soá cho pheùp veà goùc laø δ ≤ 7o. 1- Caùch xaùc ñònh phuï taûi cuûa BI trong sô ñoà baûo veä I Trong sô ñoà BV phuï taûi cuûa BI bao goàm ñieän trôû cuûa caùc rôle, daây noái phuï vaø ñieän trôû tieáp xuùc. Giaù trò tính toaùn cuûa phuï taûi BI xaùc ñònh nhö sau: . . UT Ñieän aùp cuoän thöùcaáp Zpt = = IT Doøng ñieän cuoän thöùcaáp Ñoái vôùi doøng ñieän thöù caáp ñaõ cho, ñieän aùp ñaàu ra ôû cuoän thöù caáp cuûa BI phuï thuoäc vaøo sô ñoà noái giöõa BI vaø phaàn ño löôøng, daïng NM vaø söï phoái Hình 1.4 Noái tieáp hôïp caùc pha hö hoûng. hai maùy bieán doøng
13 Trong moät soá tröôøng hôïp ñeå giaûm phuï taûi cuûa BI ngöôøi ta giaûm U T baèng caùch noái tieáp hai (hay ñoâi khi ba, boán) maùy bieán doøng coù heä soá bieán ñoåi gioáng nhau (H.1.4). Luùc ñoù . . UT Zpt = = 5,0 (ZR + 2Zdd ) IT vôùi: ZR - toång trôû cuûa rôle; Zdd - toång trôû cuûa daây daãn. 2- Caùch ñaùnh daáu ñaàu cuoän daây Trong caùc sô ñoà BV caàn phaûi noái ñuùng ñaàu caùc cuoän daây cuûa BI vaø phaàn ño löôøng cuûa BV, vì theá caàn phaûi bieát caùch ñaùnh daáu caùc cuoän daây sô caáp vaø thöù caáp cuûa BI. Caùc ñaàu cuûa cuoän sô caáp chuùng ta ñaùnh daáu S 1 vaø S 2. Caùc ñaàu cuûa cuoän thöù caáp ta ñaùnh daáu T 1 vaø T 2. Xaùc ñònh ñaàu daây theo quy taéc sau: choïn ñaàu S 1 cuûa cuoän sô IS caáp tuøy yù. Ñaàu T 1 cuûa cuoän thöù caáp ñöôïc xaùc ñònh theo ñaàu S 1 cuûa cuoän sô caáp vôùi quy öôùc laø khi giaù trò töùc thôøi cuûa doøng ñieän sô S I * 1 T caáp I s ñi töø ñaàu S 1 ñeán S 2 doøng ñieän thöù caáp I T seõ ñi töø T 2 ñeán T 1 T* (H.1.5). ÔÛ caùc ñaàu S vaø T ñoâi khi ngöôøi ta ñaùnh daáu baèng ngoâi 1 1 1 R sao (*). Neáu choïn ñaàu daây theo quy öôùc vöøa neâu ra thì haàu nhö laø T2 doøng ñieän ñi thaúng töø maïch sô caáp qua rôle khoâng bò ñoåi chieàu. Vì theá, treân caùc baûn veõ thöôøng ngöôøi ta khoâng ñaùnh daáu ñaàu caùc S2 cuoän daây maø chæ hieåu ngaàm raèng caùc ñaàu cuøng teân S 1 vaø T 1 naèm Hình 1.5 Caùch ñaùnh daáu caïnh nhau. caùc ñaàu cuoän daây BI Ñoái vôùi BI loõi theùp, chaát löôïng loõi theùp, ñaëc tính baõo hoøa töø cuûa noù raát quan troïng. Khi doøng ñieän NM lôùn laøm loõi theùp baõo hoøa, ñieàu naøy seõ gaây aûnh höôûng nhieàu hay ít ñeán BV tuøy thuoäc nguyeân taéc BV, chaúng haïn khoâng aûnh höôûng nhieàu ñeán BV moät tín hieäu ñaàu vaøo nhö BV doøng ñieän. Möùc ñoä chính xaùc cuûa BI aûnh höôûng raát lôùn ñeán sô ñoà BV so leäch vì caàn so saùnh söï khaùc nhau giöõa caùc doøng ñieän. Söï baõo hoøa cuûa BI coù theå ñöôïc tính phoûng ñoaùn baèng ba phöông phaùp sau: - Phöông phaùp ñöôøng cong töø hoùa (ñöôøng cong baõo hoøa) - Phöông phaùp coâng thöùc - Phöông phaùp moâ phoûng treân maùy tính. Trong moïi tröôøng hôïp, bieán doøng coù theå ñöôïc thay theá baèng sô ñoà maïch töông ñöông nhö hình 1.6. Doøng ñieän sô caáp BI ñöôïc bieán ñoåi baèng moät maùy bieán doøng lyù töôûng tyû soá 1/ n. Maïch töông ñöông hình 1.6a coù theå ñôn giaûn hoùa thaønh hình 1.6b, trong ñoù toång trôû thöù caáp BI vaø toån thaát nhieät khoâng keå. BI ñöôïc ñaùnh giaù baèng ñoä chính xaùc cuûa tyû soá doøng sô caáp vaø doøng thöù caáp. Ñieàu naøy ñöôïc xaùc ñònh baèng ñieän aùp thöù caáp lôùn nhaát maø BI khoâng bò baõo hoøa.
14 & 2 ZS n Z& 1 : n T a c e R X m m ZL b d f a) I I& S Is / n T Z& = R + jX 1 : n T T T a c e Z I&e Xm T b d f V& ef I&T Z& L I& b) I& / n T & s Vcd I& R I&c T L j I&T XL ZS - toång trôû sô caáp BI; ZT - toång trôû thöù caáp BI; Xm - thaønh phaàn töø hoùa; R - toån thaát nhieät loõi theùp nhaùnh töø hoùa m Hình 1.6 Maïch töông ñöông vaø giaûn ñoà vectô cuûa BI Töø hình 1.6b xaùc ñònh ñieän theá thöù caáp . . . . . . . Vcd = VT = IT ( ZT + ZL ) = IT ZB (1.1) . . trong ñoù: V - ñieän theá thöù caáp ( V); I - doøng thöù caáp cöïc ñaïi ( A) .T . T Z - toång trôû taûi ( Ω); Z - toång trôû thöù caáp BI ( Ω) . L T ZB - toång trôû phía thöù caáp ( Ω). Trong moïi tröôøng hôïp aùp duïng, doøng ñieän thöù caáp cöïc ñaïi ñöôïc tính töø doøng ñieän NM chia cho tyû soá cuûa BI. Caáp chính xaùc theo tieâu chuaån ANSI Loaïi C: quy ñònh tyû soá bieán ñoåi coù theå tính toaùn. Bao goàm caùc BI söù coù cuoän daây phaân boá khoâng ñoàng nhaát vaø baát kyø BI naøo maø töø thoâng taûn loõi theùp khoâng aûnh höôûng tôùi tyû soá bieán ñoåi trong moät giôùi haïn xaùc ñònh. Loaïi T: quy ñònh tyû soá bieán ñoåi phaûi xaùc ñònh baèng thöû nghieäm. Bao goàm caùc BI loaïi daây quaán vaø baát kyø loaïi naøo khaùc maø töø thoâng taûn loõi theùp aûnh höôûng ñeán tyû soá bieán ñoåi. Bieán doøng loaïi söù thöôøng reû hôn loaïi daây quaán nhöng coù ñoä chính xaùc thaáp hôn, thöôøng ñöôïc duøng cho BV rôle vì giaù thaønh cuõng nhö ñoä chính xaùc thoûa maõn BV. Hôn nöõa, loaïi BI söù tieän lôïi cho vieäc ñaët ôû ñaàu söù maùy bieán aùp vaø maùy caét. BI loaïi söù ít chính xaùc ôû doøng ñieän nhoû vì coù doøng töø hoùa lôùn neân ít ñöôïc duøng cho ño löôøng ôû doøng ñieän bình thöôøng. Ñoà thò cuûa bieán doøng loaïi C ñöôïc veõ ôû hình 1.7, bieåu hieän ñieän theá thöù caáp caùc BI loaïi C khaùc nhau. Ñoà thò cho giôùi haïn (10%) tyû soá cuûa BI theo caáp chính xaùc vaø taûi BI cho tröôùc.
15 V V 800 22 C800 20 B-10 700 18 B-20 600 16 500 14 12 B-40 400 C400 10 300 8 4Ω B-80 200 C200 thöù caáp Ñieän theá 6 2Ω C100 4 100 2 1Ω 0 0 0 510 2030 40 50 60 70 80 90 100 A 0 510 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Boäi soá Iñms Hình 1.7 Ñoà thò chuaån chính xaùc ANSI, Hình 1.8 Ñöôøng cong tyû soá quaù doøng maãu cuûa BI loaïi T maùy bieán doøng loaïi C Ví duï, taûi BI laø 4 Ω, ñöôøng cong chæ raèng sai soá tyû soá cuûa caáp C400 seõ khoâng vöôït quaù (10%) giöõa 1 vaø 20 laàn doøng ñieän thöù caáp bình thöôøng. Ñieàu naøy ñöôïc kieåm tra nhö sau VT = 4Ω (100 × 5A) = 400V Caáp chính xaùc BI cho rôle coù theå ñöôïc cung caáp töø nhaø saûn xuaát. Ñoái vôùi BI loaïi T, nhaø saûn xuaát cung caáp ñöôøng cong tyû soá quaù doøng maãu, nhö hình 1.8. a- Phöông phaùp ñöôøng cong töø hoùa Phöông phaùp naøy yeâu caàu phaûi duøng ñöôøng cong töø hoùa cuûa bieán doøng caàn choïn, caùc ñöôøng cong nhö theá ñöôïc cung caáp töø nhaø saûn xuaát. Hoï ñöôøng cong tieâu bieåu cho ôû hình 1.9. Ñöôøng cong naøy coù theå ñöôïc duøng raát ñôn giaûn. Töø (1.1) vôùi doøng chaïm vaø tyû soá BI ñaõ cho, ta coù theå xaùc ñònh ñieän theá thöù caáp. Töø hình 1.8 ñoái vôùi ñieän theá ñaõ tính, ta coù theå kieåm tra ñieåm laøm vieäc cuûa BI, vieäc choïn seõ roõ hôn trong ví duï quyeån baøi taäp “Tính toaùn NM vaø BVRL trong HTÑ”, taùc giaû Nguyeãn Hoaøng Vieät. 1000 s 600-5 V 500-5 , 100 450-5 p á 400-5 a c 300-5 ù 250-5 ö h 200-5 t a ù 150-5 o h 100-5 ø 10 ö t á e 50-5 h t n ä e i Ñ 1 -1 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Doøng töø hoùa thöù caáp, Ie Hình 1.9 Ñöôøng cong töø hoùa cuûa BI loaïi C
16 b- Phöông phaùp coâng thöùc Phöông phaùp naøy ñaùnh giaù söï laøm vieäc cuûa BI döïa vaøo nguyeân lyù thieát keá BI. Baûng 1.1 cho quan heä giöõa taûi thöù caáp chuaån cuûa BI vaø ñieän theá thöù caáp ñònh möùc. Ñieän theá thöù caáp ñònh möùc laø ñieän theá cuûa BI loaïi C seõ cung caáp cho taûi chuaån vôùi 20 laàn doøng ñònh möùc maø khoâng quaù sai soá 10%. Baûng 1.1 Ñieän theá ñònh möùc vaø taûi chuaån cuûa BI loaïi C Taûi chuaån Z B (1) Ñieän theá ñònh möùc (2) Taûi chuaån Z B (1) Ñieän theá ñònh möùc (2) Loaïi C Loaïi C (Ω) (V) (Ω) (V) C100 1 100 C400 4 400 C200 2 200 C800 8 800 (1) - giaû thieát goùc toång trôû laø 60 o; (2) - ñöôïc tính khi 20 × 5A doøng thöù caáp Ñieän theá thöù caáp laø haøm cuûa doøng ñieän NM thöù caáp BI IN vaø toång taûi phía thöù caáp ZB ndφ v = (V) dt vôùi: n - soá voøng daây phía thöù caáp; φ - töø thoâng loõi theùp ( webers ). t t Rt  −Rt   −  L    L    L   hay nΦ = ∫vdt = ∫ ZBiN e − cos ωt dt = ZBiN 1 − e − sin ωt    R    o o       Laáy trò soá cöïc ñaïi trong daáu ngoaëc bieåu thöùc treân ta ñöôïc  X  nΦω = Z i  + 1 B N  L  Ñieän theá ñònh möùc thöù caáp BI laø ñieän thöù caáp cung caáp cho moät taûi chuaån 20 laàn doøng ñònh möùc maø khoâng gaây sai soá tyû soá quaù 10%. Töø ñieàu kieän naøy ta coù theå vieát 20 Z ≤ B  X  i  + 1 N  L  Trong ñoù taûi tính trong ñôn vò töông ñoái (ÑVTÑ) vôùi cô baûn laø taûi BI chuaån, vaø doøng NM trong ÑVTÑ vôùi cô baûn laø doøng ñònh möùc BI. Ví duï, ñoái vôùi ñöôøng daây truyeàn taûi coù X/R laø 12 vaø doøng NM cöïc ñaïi laø boán laàn doøng ñònh möùc cuûa BI C800, baõo hoøa seõ khoâng xaûy ra neáu ZB < 0,38 (ÑVTÑ) cuûa taûi chuaån 8 Ω, hay khoaûng 3 Ω. c- Phöông phaùp moâ phoûng treân maùy tính Ñoà thò 1.8 vaø 1.9 khoâng cho ta bieát chính xaùc daïng soùng meùo daïng khi coù doøng sô caáp lôùn laøm baõo hoøa loõi theùp BI. Vieäc chuïp hình daïng soùng thöïc teá cuõng nhö moâ phoûng treân maùy tính cho pheùp ta ñònh ñöôïc caùc daïng soùng sô caáp cuõng nhö thöù caáp luùc coù doøng ñieän sô caáp raát lôùn. Maùy bieán doøng laøm vieäc trong cheá ñoä quaù ñoä. Khi coù NM xaûy ra, doøng ñieän NM ñöôïc xaùc ñònh: R  t  − L iNM = Imax sin()()ωt + ψ − φ + sin ψ − φ e    Soá haïng ñaàu cuûa iNM laø thaønh phaàn chu kyø ñoái xöùng vaø soá haïng sau laø thaønh phaàn khoâng chu kyø maø baét ñaàu coù trò soá cöïc ñaïi vaø giaûm daàn theo haøm muõ (H.1.10).
17 Ñöôøng bao treân k I 2 2 k ’ ’ I g 2 2 = A k I 2 U 2 t T ñöôøngÑöôøng bao döôùidöôùi HìnhHình 1.10. 1.10 Daïng Daïng soùng soùng doøng doøng ñieän ñieän ngaén NM maïch Trong phöông trình treân, R, L laø ñieän trôû vaø khaùng trôû, φ laø goùc pha cuûa maïch sô caáp vaø ψ laø thôøi gian (radian) tính töø thôøi ñieåm xaûy ra NM ñeán ñieän aùp thöù caáp vöøa qua khoâng. Coâng thöùc chæ raèng thaønh phaàn khoâng chu kyø giaûm chaäm hôn neáu R/L nhoû, nghóa laø caûm khaùng cao nhö ôû caùc o maïng coù ñieän theá treân 110 kV . Thaønh phaàn khoâng chu kyø seõ lôùn nhaát khi ψ = 90 – φ, nghóa laø neáu NM ñöôïc baét ñaàu ôû thôøi ñieåm khi ñieän theá quaù khoâng. Thaønh phaàn khoâng chu kyø cuûa doøng ñieän thöù caáp maùy bieán doøng ñöôïc chæ ôû hình 1.11a; ta thaáy raèng thaønh phaàn khoâng chu kyø cuûa doøng ñieän thöù caáp giaûm nhanh hôn cuûa doøng ñieän sô caáp, vaø ñoåi chieàu sau vaøi chu kyø. Sai soá cuûa BI taïo ra do thaønh phaàn khoâng chu kyø coù theå suy ra töø hình 1.11b, maø do moät phaàn doøng ñieän sô caáp ñöôïc duøng ñeå töø hoùa loõi theùp. Hình 1.12 cho daïng soùng doøng ñieän sô caáp vaø thöù caáp cuûa BI khi coù NM. Giaù trò cuûa X/L taêng theo ñieän theá maïng ñieän do khoaûng caùch daây daãn taêng leân ôû maïng 220 kV , X/L laø khoaûng 10, vì theá töø thoâng khoâng chu kyø khoaûng 10 laàn/töø thoâng chu kyø Is.
18 amps is Φ iµ i S a) i T T(s) 0,1 0,2 0,3 Is a) I iϕ T b) b) t Hình 1.12 Daïng soùng cuûa doøng ñieän sô caáp vaø thöù caáp cuûa BI khi coù NM Hình 1.11 Thaønh phaàn khoâng chu kyø a) Theo lyù thuyeát; b) Chuïp ñöôïc baèng dao ñoäng 3- Boä bieán ñoåi doøng ñieän quang Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng baõo hoøa cuûa loõi theùp BI, ta coù theå duøng boä bieán ñoåi doøng ñieän quang. Nguyeân taéc laøm vieäc cuûa caùc boä bieán ñoåi naøy laø ño löôøng vuøng töø tröôøng laân caän cuûa daây daãn mang doøng ñieän. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø: - Khoaûng laøm vieäc cuûa boä phaän quang lôùn hôn nhieàu so vôùi loaïi BI ñieän töø - Boä bieán ñoåi quang goïn nheï. loõi töø bi eán doøng caûm quang caûm quang caûm quang caûm quang daây daãn ñöôøng daây daãn aùnh saùng Boä bieán ñoåi caùp quang vaøo ra vaøo ra vaøo ra ñieän - quang vaøo ra caùp quang caùp quang caùp quang caùp quang 2) 3) 4) 1) 5) Hình 1.13 Caùc loaïi boä bieán ñoåi doøng ñieän quang Khuyeát ñieåm cuûa loaïi naøy laø tín hieäu ñaàu ra nhoû khoaûng vaøi microwatt so vôùi vaøi watt cuûa loaïi coå ñieån. Phaàn cöùng cuûa boä bieán ñoåi doøng ñieän quang ngaøy caøng phaùt trieån vaø coù naêm daïng khaùc nhau nhö: Loaïi 1: BI coå ñieån keát hôïp vôùi boä bieán ñoåi quang caùch ñieän
19 Loaïi 2: duøng maïch töø quanh daây daãn keát hôïp vaø ño töø tröôøng beân trong loõi theùp qua khe hôû khoâng khí Loaïi 3: duøng ñöôøng ñi aùnh saùng beân trong khoûi vaät lieäu quang bao boïc daây daãn ñieän Loaïi 4: duøng moät daây quang quaán quanh daây daãn Loaïi 5: ño töø tröôøng ôû taïi moät ñieåm gaàn daây daãn. Maùy bieán ñieän aùp (BU, TU, PT) Maùy bieán ñieän aùp ñöôïc cheá taïo chuaån hoùa hôn maùy bieán doøng ñieän. Ñieän theá thöù caáp giöõa caùc pha thöôøng laø 100 V (115 V). Thöôøng coù hai loaïi laø töø vaø ñieän dung. Khi ñieän theá heä thoáng lôùn 500 kV , maùy bieán aùp ñieän dung hình 1.13 ñöôïc duøng. BU khaùc vôùi maùy bieán aùp ñieän löïc ôû choã laøm nguoäi, côõ daây daãn vaø ñoä yeâu caàu laøm vieäc chính xaùc. Trò soá sai soá cuûa BU ñöôïc ñònh theo heä soá N U − U % sai soá = U T S .100 US vôùi: NU - heä soá bieán ñoåi ñieän aùp; UT, US - ñieän aùp thöù vaø sô caáp. Sai soá naøy moät phaàn do ñieän theá sô caáp taïo doøng ñieän töø hoùa vaø moät phaàn do taûi phía thöù caáp. Ñeå duøng cho BV, BU ñöôïc cheá taïo thöôøng laø ba pha coù loõi truï. Moãi pha coù hai cuoän thöù caáp, moät cuoän noái sao ñeå cho ñieän theá ba pha caàn thieát cho BV vaø cuoän khaùc noái noái tieáp thaønh tam giaùc hôû duøng ñeå loïc thaønh phaàn thöù töï khoâng (H.1.14a). BU moät pha cuõng ñöôïc duøng nhöõng nôi khoâng caàn ñieän aùp thöù töï khoâng, luùc ñoù chæ caàn ñieän aùp moät pha noái theo kieåu tam giaùc thieáu (H.1.14b). US US A B C Uo a) b) a b c U N T Hình 1.14 Maùy bieán ñieän aùp Sô ñoà noái BI, BU vôùi phaàn ño löôøng cuûa maïch BV Phaàn ño löôøng cuûa BV nhaän thoâng tin cuûa ñoái töôïng BV töø cuoän daây thöù caáp cuûa BI, BU. Traïng thaùi, cheá ñoä ñaày ñuû cuûa ñoái töôïng BV ñöôïc xaùc ñònh baèng doøng vaø aùp ba pha taïi choã ñaët BV. Trong vaøi tröôøng hôïp, ñeå cho BV taùc ñoäng chæ caàn doøng hai pha hay chæ caàn ñieän aùp giöõa caùc pha (ñieän aùp daây), trong tröôøng hôïp nhö theá chæ caàn ñaët BI ôû hai pha vaø hai bieán aùp moät pha. Thaønh phaàn thöù töï khoâng coù theå nhaän ñöôïc baèng caùch noái thích hôïp giöõa caùc cuoän daây thöù caáp BI hay BU. Thaønh phaàn naøy cuõng coù theå nhaän ñöôïc qua boä loïc cuûa caùc thaønh phaàn thöù töï töø phaàn ño löôøng cuûa BV.
20 Ñoái vôùi BV ñöôïc thöïc hieän baèng baùn daãn, vi maïch, caùc thaønh phaàn thöù töï cuûa doøng sô caáp ñöôïc taïo baèng phaàn ño löôøng cuûa BV, sau khi phaàn naøy nhaän UT, IT töø BU, BI. Vaán ñeà keá tieáp ñöôïc ñaët ra laø caàn duøng theâm nhöõng BI, BU, boä phaän theá, phaàn doøng trung gian ñeå chuyeån doøng vaø aùp ñònh möùc töø BI, BU (5 A hay 1 A vaø 100 V) xuoáng doøng vaø aùp thích hôïp cho phaàn ño löôøng baèng baùn daãn hay vi maïch. Ñoái vôùi BV thöïc hieän baèng vi xöû lyù, caùc thaønh phaàn vaø hoïa taàn coù theå nhaän ñöôïc baèng caùch tính toaùn khi ñaõ bieát doøng vaø aùp pha. a- Sô ñoà noái caùc BI vôùi phaàn ño löôøng cuûa BV I. . .a I I .a .b Ic Ic . . Iv Iv a) b) c) d) Hình 1.15 Sô ñoà noái BI Trong maïng coù doøng chaïm ñaát beù, BV thöôøng ñöôïc noái baèng hai BI, thöôøng taát caû caùc maïch noái hai pha coù cuøng teân (ví duï A vaø C). Trong maïng ñieän theá lôùn hoaëc baèng 100 kV , trung tính noái ñaát tröïc tieáp, ñeå BV caàn thieát ñaët BI caû ba pha. Töø ñoù coù theå coù caùc daïng noái BI nhö sau: Hình 1.15a: sô ñoà hình sao khuyeát, ñöôøng daây khi laøm vieäc bình thöôøng coù iv = i a + i c ≠ 0 Hình 1.15b: sô ñoà hình sao hoaøn toaøn. Ñöôøng daây coù doøng iv = i a + i b + i c ≠ 0 khi NM moät pha 1 (N ), nghóa laø nhaän ñöôïc thaønh phaàn thöù töï khoâng 3 io = ia + i b + ic Hình 1.15c: sô ñoà soá 8; Hình 1.15d: sô ñoà hình tam giaùc. Trong sô ñoà hình 1.15c,d, doøng ñieän chaïy vaøo phaàn ño löôøng cuûa BV laø iR = i a – ic. Trong tình traïng ñoái xöùng thì IR = 3 Ia = 3 Ic . Ia Ia I Ia a Ia Ia I b Ib Ib Ic Ib Ic Ia- Ic Ia- Ib Ib Ib I Ic c I Ib - Ic - Ib b Ib Ic I I Ia Ic a c Ic Ic Ic - Ia Ic -Ib Ic - Ia Ib - Ia Ib - Ia Ib- Ic Ia- Ic Ia- Ib a) b) Hình 1.16 Sô ñoà BI hình tam giaùc Sô ñoà ñaáu BI hình tam giaùc coù theå thöïc hieän theo hai phöông aùn khaùc nhau. Hình 1.16 cho hai caùch ñaáu hình tam giaùc vaø giaûn ñoà vectô töông öùng nhaän thaáy raèng doøng ñieän ra thöù caáp cuûa sô ñoà naøy khoâng coù thaønh phaàn thöù töï khoâng. Caùch ñaáu cuûa sô ñoà hình 1.16.a ngöôïc vôùi sô ñoà hình 1.16b. Sô ñoà ñaáu BI hình tam giaùc thöôøng ñöôïc duøng cho BV khoaûng caùch.
21 Ñoái vôùi caùc BV phaûn öùng theo caùc thaønh phaàn thöù töï cuûa doøng ñieän, phaàn thöù caáp cuûa caùc BI ñöa qua boä loïc, ví duï nhö boä loïc thöù töï nghòch nhö hình 1.17. Trong tröôøng hôïp nhöõng BV choáng chaïm ñaát coù theå duøng caùch ñaáu cuûa caùc BI ñeå taïo thaønh boä loïc thöù töï khoâng. Sau ñaây ta khaûo saùt caùc boä loïc thöù töï khoâng cô baûn. KI2 LI2 RIo Hình 1.17 Baûo veä noái qua boä loïc Hình 1.18 Boä loïc thöù töï nghòch thöù töï khoâng Boä loïc thöù töï khoâng duøng ba maùy bieán doøng (H.1.18) Doøng ñieän ñi vaøo phaân töû ño löôøng cuûa BV laø toång doøng thöù caáp cuûa ba pha. Neáu boû qua doøng töø hoùa, ta coù I&A + I&B + I&C 3I&o IR = I& a + I& b + I& c; I&R = = NI NI vôùi: I& a, I& b, I& c - doøng thöù caáp ba pha; NI - tyû soá bieán ñoåi BI I& A, I& B, I& C - doøng sô caáp ba pha. Khi coù NM nhieàu pha (khoâng keøm chaïm ñaát), khi coù dao ñoäng, cuõng nhö ñoái vôùi doøng phuï taûi luùc ñoù I& A + I& B + I& C = 0 vaø do ñoù I& o = 0. Trong thöïc teá, caàn tính ñeán sai soá do BI gaây neân bôûi doøng töø hoùa cuûa chuùng. Nhö vaäy ngay caû khi IA + I B + I C = 0, ta vaãn coù Ia + I b + I c ≠ 0, nghóa laø coù doøng ñieän qua phaàn ño löôøng cuûa BV. Doøng naøy ñöôïc goïi laø doøng khoâng caân baèng (Ikc ). Neáu keå ñeán doøng töø hoùa ( Iµ ) thì doøng qua ÑL laø  I& − I&   I& − I&   I& − I&  I& + I& + I& I& + I& + I& I&  A µA   B µB   C µC  A B C µA µB µC R =   +   +   = −  NI   N I   N I  NI NI & & & 3I&o IµA IµB IµC I&R = − I&kc vôùi I&kc = + + NI NI NI NI Toång caùc doøng töø hoùa thöôøng khaùc khoâng, vì chuùng khoâng coù daïng hình sin. Ngoaøi ra, chuùng khaùc nhau caû suaát laãn pha gaây neân bôûi caùc ñaëc tuyeán töø hoùa khoâng tuyeán tính khoâng nhö nhau vaø phuï taûi thöù caáp caùc BI khoâng baèng nhau. Giaù trò lôùn nhaát cuûa doøng khoâng caân baèng Ikc max ñöôïc tính öùng vôùi tröôøng hôïp NM ba pha. Ñeå haïn cheá doøng khoâng caân baèng caùc BI caàn laøm vieäc ôû phaàn khoâng baõo hoøa cuûa ñaëc tuyeán töø hoùa vaø caàn coù doøng töø hoùa nhö nhau, muoán vaäy caùc BI cung caáp cho BV caàn phaûi: - Thoûa maõn ñieàu kieän sai soá < 10% ñoái vôùi giaù trò doøng NM ba pha - Coù caùc ñaëc tuyeán töø hoùa nhö nhau ôû caû ba pha - Coù phuï taûi thöù caáp ôû caùc pha nhö nhau.
22 Trong giai ñoaïn quaù ñoä cuûa NM, doøng Ikc lôùn do aûnh höôûng cuûa thaønh phaàn khoâng chu kyø cuûa doøng NM, thaønh phaàn naøy laøm doøng töø hoùa taêng vaø khoâng gioáng nhau giöõa caùc BI, khi choïn caùc tham soá cho caùc BV taùc ñoäng töùc thôøi, caàn löu yù ñeán ñieàu naøy. Ñeå BV khoâng taùc ñoäng sai vôùi doøng khoâng caân baèng, caàn choïn doøng taùc ñoäng cuûa BV lôùn hôn Ikc . Maùy bieán doøng thöù töï khoâng (BI o) Trong maïng ñieän coù trung tính khoâng noái ñaát, thöôøng doøng chaïm ñaát raát beù, neáu duøng boä loïc 3BI seõ khoâng ñuû ñoä nhaïy ñeå BV taùc ñoäng. Doøng khôûi ñoäng sô caáp cuûa BV naøy khoâng nhoû hôn 20 ÷ 25 A, trong tröôøng hôïp naøy duøng BI o coù ñoä nhaïy cao hôn. Öu ñieåm chính cuûa BI o laø Ikc raát beù vaø coù khaû naêng choïn soá voøng cuoän thöù caáp tuøy ñieàu kieän baûo ñaûm cho ñoä nhaïy lôùn nhaát maø khoâng bò giôùi haïn bôûi phuï taûi. Nhôø vaäy BIo coù khaû naêng laøm cho BV taùc ñoäng vôùi doøng sô caáp 3 ÷ 5A. Neáu duøng BI o keát hôïp vôùi rôle coù ñoä nhaïy cao coù theå taïo neân BV taùc ñoäng vôùi doøng sô caáp 1 ÷ 2A. i i i A B C 1 IV x A ÑL x x B C ÑL 2 a) b) Hình 1.19 Maùy bieán doøng thöù töï khoâng BI o Treân hình 1.19a giôùi thieäu caáu taïo BI o khung töø 1 goàm caùc laù theùp bieán aùp, coù daïng hình vaønh khaên hoaëc chöõ nhaät oâm laáy caû ba pha cuûa ñöôøng daây ñöôïc BV, caùc daây daãn pha A, B, C chui qua loã cuûa BI o, coøn cuoän thöù caáp 2 thì quaán treân khung töø. Caùc doøng IA, I B, I C taïo trong khung töø töø thoâng töông öùng φA, φB, φc. Töø thoâng toång cuûa cuoän sô caáp φΣ = φA + φB + φc Neáu φΣ ≠ 0: trong cuoän thöù caáp coù söùc ñieän ñoäng e2 taïo neân doøng trong ÑL. Giaù trò töø thoâng vaø doøng taïo ra noù lieân heä qua φ = ωI/R = kI . Khi caùc daây daãn caùc pha coù vò trí nhö nhau ñoái vôùi khung töø vaø cuoän thöù caáp, coù theå coi heä soá k cuûa caùc pha nhö nhau, khi ñoù φΣ = φA + φB + φc = k( I& A + I& B + I& C) vì toång caùc doøng pha I& A + I& B + I& C = 3 Io neân coù theå noùi laø töø thoâng toång taïo neân bôûi doøng sô caáp cuûa BI o tyû leä vôùi thaønh phaàn thöù töï khoâng φΣ = k3Io Töø thoâng toång φΣ vaø caùc ñaïi löôïng maø noù taïo neân laø SÑÑ thöù caáp e2 vaø doøng thöù caáp IR chæ coù theå coù khi toång doøng caùc pha khaùc khoâng, hay noùi caùch khaùc khi maø trong caùc doøng pha ñi qua BI o coù chöùa thaønh phaàn thöù töï khoâng. Trong thöïc teá, vò trí caùc daây daãn pha ñoái vôùi cuoän thöù khoâng nhö nhau. Heä soá hoã caûm caùc pha ñoái vôùi cuoän thöù caáp k coù giaù trò khaùc nhau, vì vaäy ngay caû khi doøng sô caáp hoaøn toaøn caân baèng, töø thoâng toång vaãn khaùc khoâng. Ñoù laø töø thoâng khoâng caân baèng taïo neân trong cuoän thöù caáp söùc ñieän ñoäng vaø doøng khoâng caân baèng. Doøng khoâng caân baèng trong BI o nhoû hôn raát nhieàu so vôùi boä loïc duøng ba BI. Trong BI o thöïc hieän coäng töø thoâng caùc doøng Ikc chæ phuï thuoäc vaøo ñoä khoâng ñoái
23 xöùng cuûa vò trí doøng sô caáp caùc pha. Ñeå BV ñöôøng daây, ñoäng cô, hieän nay ngöôøi ta cheá taïo BI o loaïi caùp. Khi caàn thieát BV ñöôøng daây treân khoâng ngöôøi ta laøm theâm ñoaïn caùp vaø ñaët BI o treân ñoaïn ñoù. Khi coù doøng Iv chaïy trôû veà trong voû caùp cuûa ñöôøng daây khoâng söï coá maø coù ñaët BI o, BV ñöôøng daây naøy coù theå taùc ñoäng sai. Kinh nghieäm vaän haønh cho bieát laø theo voû caùp baèng theùp hay chì coù theå coù doøng Iv chaïy voøng qua ñaát. Caùc doøng naøy xuaát hieän khi chaïm ñaát gaàn choã ñaët caùp. Doøng Iv chaïy theo voû caùp cuûa ñöôøng daây khoâng hö hoûng chaïy qua BI o vaø do ñoù BV taùc ñoäng sai. Ñeå loaïi tröø ñieàu neâu treân, trieät tieâu aûnh höôûng cuûa doøng ñoù nhö sau: voû ñoaïn caùp töø pheãu cho ñeán BI o ñaët caùch ñieän vôùi ñaát, daây noái ñaát noái pheãu caùp luoàn qua loã BI o (H.1.19b). Nhôø vaäy, khi coù Iv chaïy theo voû caùp, doøng naøy qua daây noái ñaát chaïy ngöôïc trôû veà. Töø thoâng trong khung töø cuûa BI o do doøng chaïy trong voû vaø doøng noái ñaát trieät tieâu nhau, neân baèng khoâng. Khung töø cuûa BI o cuõng caàn phaûi caùch ñieän ñoái vôùi voû caùp. b- Sô ñoà noái BU vôùi phaàn ño löôøng cuûa baûo veä Sô ñoà cô baûn noái cuoän daây caùc BU laø noái hình sao, tam giaùc, loïc aùp thöù töï khoâng. Sô ñoà hình sao (coù theå duøng ba BU moät pha hay BU ba pha) Sô ñoà ba maùy bieán aùp thöôøng duøng cho maïng töø 35 kV trôû leân. BU ba pha naêm truï thöôøng duøng cho maïng döôùi 15 kV , khi cuøng moät luùc caàn laáy ñieän aùp thöù töï khoâng. A BC ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL a) b) c) Hình 1.20 Sô ñoà hình sao Trong sô ñoà naøy, cuoän daây sô caáp BU ñöôïc noái hình sao, trung tính noái ñaát. Boä phaän ño löôøng cuûa BV coù theå nhaän ñieän aùp daây (H.1.20a), ñieän aùp pha (H.1.20b) cuõng coù Uba theå nhaän aùp pha vôùi trung tính giaû (H.1.20c), giaûn ñoà vectô U ca N cho ôû (H.1.21). Trong tröôøng hôïp c, khi toång trôû cuûa caùc ÑL baèng nhau thì U U + U U + U U + U cb U = ab ac ; U = bc ba ; U = ca cb a 3 b 3 c 3 Hình 1.21 Ñieän aùp pha cuûa heä thoáng coù trung tính giaû Neáu trung tính cuûa sô caáp BU khoâng noái ñaát thì ñieän aùp trong sô ñoà hình 1.20b seõ nhö trong tröôøng hôïp c maø trung tính sô caáp coù noái ñaát. Sô ñoà tam giaùc khuyeát Sô ñoà ñöôïc thöïc hieän baèng hai bieán aùp daây (H.1.22). Boä phaän ño löôøng cuûa BV coù theå noái ñeå nhaän ñieän aùp daây vaø ñieän aùp pha coù trung tính giaû. Sô ñoà naøy ñöôïc duøng khi khoâng caàn nhaän ñieän theá pha vôùi ñaát.
24 A B C ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL Hình 1.22 Sô ñoà tam giaùc khuyeát (sô ñoà noái hình chöõ V) Boä loïc aùp thöù töï khoâng: ñeå nhaän thaønh phaàn ñieän aùp thöù töï khoâng thöôøng duøng ba BU moät pha, hay ba pha naêm truï. Cuoän sô caáp noái hình sao, trung tính noái ñaát, cuoän thöù caáp noái tam giaùc hôû, ñeå noái ÑL vaøo hình 1.23a. A B C a b ÑL c ÑL a) b) Hình 1.23 Sô ñoà noái BU nhaän aùp thöù töï khoâng Ñieän aùp nhaän ñöôïc ôû ÑL laø U& A + U& B + U& C 3U& o U& R = U& a + U& b + U& c ≈ = kU kU Ñieän aùp nhaän ñöôïc tyû leä vôùi ñieän aùp thöù töï khoâng, neân sô ñoà naøy ñöôïc goïi laø boä loïc aùp thöù töï khoâng. Ñieän aùp thöù töï khoâng coù theå nhaän töø trung tính cuûa heä thoáng. Ví duï, trung tính maùy phaùt (H.1.23b) noái ñaát qua moät maùy bieán aùp moät pha. Khi coù chaïm ñaát moät pha, trung tính coù doøng Io vaø do ñoù thöù caáp BU xuaát hieän thöù töï khoâng. Ñeå cung caáp aùp thöù töï khoâng cho caùc rôle ñöôïc caáu taïo baèng baùn daãn hay vi maïch, ngöôøi ta coù theå nhaän aùp thöù töï khoâng qua trung gian caùc boä loïc thöù caáp noái vaøo ñieän aùp pha cuûa cuoän thöù caáp BU (H.1.24). Boä loïc duøng ñieän trôû (H.1.24a) BU trung gian tam giaùc hôû (H.1.24b) hay tuï ñieän.
25 R ÑL ÑL ÑL a) b) c) Hình 1.24 Boä loïc thöù caáp aùp thöù töï khoâng 1.3.2 Phaàn ño löôøng thöù caáp cuûa baûo veä - caùc boä phaän so saùnh Heä thoáng BV hình 1.2 goàm coù hai phaàn chính: phaàn ño löôøng vaø loâgic . Phaàn treân ñaõ khaûo saùt caùc boä bieán ñoåi ño löôøng sô caáp BI, BU. Caùc ñaïi löôïng IR, UR töø caùc BI vaø BU ñöa vaøo phaàn ño löôøng thöù caáp cuûa BV (goïi taét laø phaàn ño löôøng). Phaàn ño löôøng cuûa BV tuøy thuoäc vaøo nguyeân taéc taùc ñoäng cuûa BV maø ñöôïc thöïc hieän baèng moät hay nhieàu phaàn töû ño löôøng. Vieäc thöïc hieän nhöõng phaàn töû chöùc naêng cuûa BV phuï thuoäc vaøo nguyeân taéc caáu taïo, thöïc hieän BV chaúng haïn ñöôïc thöïc hieän baèng nguyeân taéc ñieän cô, linh kieän baùn daãn, vi maïch hay vi xöû lyù. Nhöõng thieát bò BV ñaàu tieân ñöôïc thöïc hieän baèng ñieän cô, sau ñoù xuaát hieän phaàn töû ñieän töû, baùn daãn, vi maïch. Thôøi ñaïi ngaøy nay, vieäc aùp duïng vi xöû lyù vaøo lónh vöïc BV ñaõ roäng raõi. Trong tröôøng hôïp toång quaùt, duø BV ñöôïc thöïc hieän baèng phöông tieän naøo, caùc phaàn töû cuûa BV cuõng coù nhöõng tính chaát, nguyeân taéc chung. Sau ñaây trình baøy nhöõng nguyeân taéc ñeå thöïc hieän phaàn ño löôøng cuûa BV. Vì söï xuaát hieän caùc söï coá trong HTÑ seõ keùo theo bieán ñoåi nhöõng ñaïi löôïng xoay chieàu ñaëc tröng cho traïng thaùi cuûa heä thoáng (doøng, aùp). Cho neân, moät chöùc naêng raát quan troïng trong phaïm vi BV laø phaùt hieän söï thay ñoåi vaø ñaùnh giaù ñöôïc tình traïng cuûa ñoái töôïng mình BV maø cho leänh ñi coâ laäp söï coá thích hôïp. ÔÛ nhöõng BV ñôn giaûn, thöïc hieän baèng caùc rôle doøng ñieän seõ so saùnh doøng ñieän qua phaàn töû BV vôùi giaù trò chuaån khoâng ñoåi ñöôïc ñieàu chænh baèng tay vaø rôle seõ taùc ñoäng khi doøng ñieän vöôït quaù giaù trò chuaån. Rôle naøy chæ coù moät ñaïi löôïng vaøo laø doøng ñieän coøn giaù trò chuaån ñöôïc thieát laäp qua trung gian cuûa moät loø xo, noù coøn coù teân laø giaù trò ngöôõng hay möùc tôùi haïn cuûa thoâng soá ñöôïc kieåm tra. Nhöõng rôle ñieän töû thoûa maõn moät chöùc naêng töông töï nhö vaäy ñöôïc goïi laø boä phaän phaùt hieän möùc tôùi haïn, boä phaän phaùt hieän bieân ñoä, hay boä phaän phaân bieät bieân ñoä. Gioáng nhö nhöõng rôle doøng ñieän loaïi ñieän cô, boä phaän phaùt hieän möùc tôùi haïn chæ coù moät ñaïi löôïng ñi vaøo vaø giaù trò cuûa noù seõ so saùnh vôùi giaù trò chuaån vaø giaù trò chuaån naøy coù theå thöïc hieän baèng nguoàn oån aùp hay nhôø ñiod oån aùp (Zener ). Do yeâu caàu tính choïn loïc vaø taùc ñoäng nhanh, ñoái vôùi ñoái töôïng ñöôïc BV coù ñieän aùp cao, coâng suaát lôùn, BV khoù coù theå taùc ñoäng choïn loïc ñöôïc neáu chæ ño moät ñaïi löôïng vaøo nhö doøng, aùp hay goùc pha neáu khoâng duøng thôøi gian trì hoaõn, do ñoù trong nhöõng BV taùc ñoäng nhanh caàn phaûi ño löôøng nhöõng ñaïi löôïng laø toå hôïp cuûa nhöõng tín hieäu ñôn giaûn laø doøng hay aùp. Caùc ñaïi löôïng naøy ñöôïc so saùnh vôùi ñaïi löôïng khoâng chæ laø haèng soá maø coøn thay ñoåi phuï thuoäc vaøo cheá ñoä laøm vieäc cuûa trang thieát bò (ví duï nhö BV coù höôùng khoaûng caùch ).
26 Nhöõng boä phaän laøm thoûa maõn chöùc naêng so saùnh nhöõng Vuøng khoâng ñaïi löôïng ñöa vaøo, vôùi nhöõng B A & & Vuøng taùc taùc ñoäng ñoäng ñaïi löôïng khaùc theo chöông Vuøng khoâng Vuøng taùc trình ñònh saün ñöôïc goïi laø boä so taùc ñoäng ñoäng saùnh . Nhö vaäy khaâu quan troïng a) b) cuûa phaàn ño löôøng laø boä so Hình 1.25 Ñaëc tuyeán taùc ñoäng cuûa boä phaän ño löôøng saùnh, noù coù theå coù moät, hay nhieàu tín hieäu töø caùc BI, BU ñöa vaøo. Boä phaän ño löôøng xaùc ñònh phaïm vi taùc ñoäng cuûa BV. Ta coù theå bieåu dieãn phaïm vi taùc ñoäng cuûa BV baèng hình veõ ñaëc tuyeán. Ñoái vôùi boä phaän ño löôøng coù moät ñaïi löôïng ñaàu vaøo, phaïm vi taùc ñoäng ñöôïc bieåu dieãn laø moät ñieåm treân moät truïc toïa ñoä (H.1.25a). Ñoái vôùi boä phaän coù hai tín hieäu ñaàu vaøo, ñaëc tính khôûi ñoäng ñöôïc dieãn taû treân maët phaúng nhö hình 1.25b. Coøn ñoái vôùi caùc boä phaän vôùi ba hay lôùn hôn ñöôïc dieãn taû trong khoâng gian ba chieàu hay nhieàu hôn. Trong haàu heát caùc sô ñoà BV, boä phaän so saùnh dieãn ra so saùnh bieân ñoä, goùc pha hay vöøa bieân ñoä (suaát) vaø goùc pha cuûa caùc ñaïi löôïng. Khi so saùnh giaù trò tuyeät ñoái (bieân ñoä, suaát) cuûa hai ñaïi löôïng, boä so saùnh seõ khôûi ñoäng neáu . . . . A ≥ B vaø seõ khoâng khôûi ñoäng khi A khoâng vöôït qua giaù trò B . . . Trong phöông trình treân, vôùi A vaø B laø giaù trò tuyeät ñoái cuûa hai ñaïi löôïng ñöa vaøo boä so saùnh, hay cuûa moät ñaïi löôïng ñöa vaøo vaø moät ñaïi löôïng chuaån. . . Khi so saùnh goùc pha giöõa hai ñaïi löôïng, boä so saùnh seõ khôûi ñoäng neáu ϕ ≤ ( A , B ) ≤ ϕ vaø 1 . . 2 seõ khoâng khôûi ñoäng khi ñieàu kieän naøy khoâng thoûa. Phöông trình treân vôùi A , B laø . . . . hai vectô bieåu dieãn hai ñaïi löôïng ñieän. ( A , B ) laø goùc giöõa hai vectô, B treã pha so vôùi A . ϕ1 vaø o ϕ2 laø hai goùc pha cho saün, thöôøng ϕ1 – ϕ2 = 180 . a- Boä phaän so saùnh vôùi moät ñaïi löôïng ñaàu vaøo Nhö treân ñaõ noùi, trong boä phaän naøy tieán haønh so saùnh moät ñaïi löôïng vaøo caàn quan saùt theo doõi vôùi ñaïi löôïng chuaån, chaúng haïn nhö moâmen cuûa loø xo (rôle ñieän cô), ñieän aùp chuaån (rôle ñieän töû), chöông trình so saùnh phaàn meàm cuûa rôle kyõ thuaät soá. Thöïc teá ñaïi löôïng ñaàu vaøo laø haøm soá cuûa doøng ñieän hay ñieän aùp cuûa ñoái töôïng ñöôïc BV: . . . . A = f1( IR ); B = f2(U R ) Boä phaän naøy phaûi taùc ñoäng khi trò soá vaøo lôùn hôn (rôle cöïc ñaïi) hay nhoû hôn (rôle cöïc tieåu) trò soá chuaån cho tröôùc. Trò soá cuûa ñaïi löôïng chuaån cho tröôùc ñöôïc goïi laø trò soá khôûi ñoäng. Trò soá naøy xaùc ñònh ñaëc tính khôûi ñoäng laø moät ñieåm treân ñöôøng thaúng (H.1.25a). Sô ñoà caáu truùc cuûa loaïi naøy cho ôû hình 1.26.
27 &IR(U&R) A& IR A 1 1 3 4 ra 3 4 U 2 R 2 B& B 1- A& = (&If R ); 2- ñaïi löôïng chuaån; 1, 2- maïch toå hôïp tín hieäu; 4- maïch so saùnh 3- phaàn töû chænh ñònh giaù trò khôûi ñoäng 3- phaàn töû ñieàu chænh caùc heä soá K 4- maïch so saùnh Hình 1.27 Sô ñoà caáu truùc cuûa boä ño Caáu truùc cuûa boä so saùnh coù Hình 1.26 löôøng vôùi hai tín hieäu ñaàu vaøo moät tín hieäu ñaàu vaøo b- Boä phaän so saùnh vôùi hai ñaïi löôïng ñaàu vaøo . . Trong boä phaän naøy, söï so saùnh ñöôïc dieãn ra giöõa hai ñaïi löôïng thay ñoåi A vaø B maø caùc ñaïi . . löôïng naøy laø toå hôïp töø hai tín hieäu ñaàu vaøo laø IR vaø ( U R ): . . . . . . . A = k1U R + k2 IR ; A B = k3U R + k4 IR vôùi k1, k2, k3, k4 laø caùc heä soá, trong tröôøng hôïp toång quaùt laø soá phöùc. Sô ñoà caáu truùc cuûa boä ño löôøng vôùi hai tín hieäu vaøo cho ôû hình 1.27. Khi ñaàu ra cuûa phaàn töû 4 thay ñoåi traïng thaùi (tieáp ñieåm rôle ñang môû seõ ñoùng hay ngöôïc laïi, ñieän theá möùc thaáp 0 chuyeån sang cao 1 hay ngöôïc laïi) ñöôïc goïi laø khôûi ñoäng. Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa boä so saùnh naøy laø ñöôøng cong naèm treân maët phaúng (H.1.25). c- Duøng maët phaúng phöùc ñeå khaûo saùt söï laøm vieäc cuûa boä phaän so saùnh Ñaïi löôïng ñieän coù theå bieåu dieãn döôùi daïng haøm muõ, vectô. Ñeå bieåu dieãn söï laøm vieäc cuûa caùc boä so saùnh, ngöôøi ta duøng maët phaúng phöùc ñeå khaûo saùt. . . Duøng maët phaúng phöùc W ñeå khaûo saùt quan heä hai ñaïi löôïng A vaø B . Duøng maët phaúng toång . . trôû Z ñeå khaûo saùt quan heä hai ñaïi löôïng U R vaø IR . Caùc ñaëc tuyeán laøm vieäc cuûa haàu heát caùc BV phöùc, ngöôøi ta thöôøng bieåu dieãn treân maët phaúng toång trôû Z. . . . So saùnh hai ñaïi löôïng A vaø B cho ta ñaëc tuyeán khôûi ñoäng trong maët phaúng phöùc W, maø A . . . vaø B laø haøm cuûa U R vaø IR neân ta deã daøng tìm ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa BV trong maët phaúng toång trôû Z. . . So saùnh hai ñaïi löôïng phöùc A vaø B trong maët phaúng phöùc A& k U& + k I& W = = 1 R 2 R (1.2) B& k3U& R + k4 I&R . U maø neáu xeùt trong maët phaúng toång trôû Z Z& = . R (1.3) IR k I& z + k k z − b töø (1.2) W = 1 R ( 2 1 ) = (1.4) k z − a k3I&R ()z + k4 k3 ()
28 k k k vôùi b = − 2 ; a = − 4 ; k = − 4 k1 k3 k1 Ngöôïc laïi, ta cuõng coù theå nhaän z töø w k w − k z = 4 2 (1.5) k1 − k3w Töø caùc quan heä treân, coù theå chuyeån ñoåi vieäc bieåu dieãn ñaëc tuyeán trong maët phaúng phöùc W vaø maët phaúng toång trôû Z lieân quan vôùi nhau. Vuøng khôûi ñoäng vaø ñaëc tuyeán laøm vieäc trong maët phaúng W töông öùng vôùi vuøng khôûi ñoäng vaø ñaëc tuyeán laøm vieäc trong maët phaúng toång trôû Z. Nhöõng vuøng vaø ñaëc tuyeán naøy khoâng truøng nhau maø lieân heä thoâng qua caùc heä soá k1 , , k4 . d- Ñaëc tuyeán laøm vieäc cuûa boä so saùnh trò soá tuyeät ñoái cuûa hai ñaïi löôïng ñieän trong maët phaúng phöùc vaø maët phaúng toång trôû Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa söï so saùnh trò soá tuyeät ñoái cuûa hai ñaïi löôïng A vaø B (khoâng phuï thuoäc vaøo goùc pha giöõa A vaø B) ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông trình w = A/B = 1 Ñaëc tuyeán naøy laø voøng troøn taâm O, baùn kính laø 1 trong maët phaúng phöùc. Vuøng laøm vieäc (khôûi ñoäng) ñöôïc xaùc ñònh baèng baát phöông trình. Ví duï, khôûi ñoäng theo ñieàu kieän w = A/B ≤ 1 laø phaàn naèm trong voøng troøn (phaàn gaïch cheùo (H.1.28a)). Töông öùng vôùi ñaëc tuyeán vaø vuøng khôûi ñoäng trong maët phaúng phöùc W, baèng quan heä (1.4) ta coù theå xaùc ñònh ñaëc tuyeán khôûi ñoäng vaø vuøng khôûi ñoäng trong maët phaúng Z cho ôû (H.1.28b) vaø (H.1.28c). j jX jX l a Zo Ro z - a R O O O b z z - b a) b) c) Hình 1.28 Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng trong maët phaúng phöùc W (a) vaø maët phaúng toång trôû Z (b, c) Trong tröôøng hôïp so saùnh trò soá tuyeät ñoái hai ñaïi löôïng töông öùng vôùi ñaëc tuyeán voøng troøn taâm O, baùn kính 1 trong maët phaúng phöùc W laø voøng troøn taâm Z o vaø baùn kính Ro trong maët phaúng toång trôû Z vôùi − k2a − b Zo = (1.6) k2 − 1 k|a − b| vaø Ro = (1.7) k2 − 1
29 − - Neáu k ≠ 1: ñaëc tuyeán trong maët phaúng Z laø voøng troøn taâm Zo baùn kính Ro xaùc ñònh bôûi (1.6) vaø (1.7). - Neáu k = 1: ñaëc tuyeán trong maët phaúng Z laø ñöôøng thaúng 1, trung tuyeán cuûa ñoaïn thaúng a, b , coøn vuøng khôûi ñoäng laø nöûa maët phaúng coù chöùa ñieåm a. - Neáu k > 1: töông öùng vôùi vuøng khôûi ñoäng naèm beân trong voøng troøn taâm O baùn kính l thì − − vuøng khôûi ñoäng trong maët phaúng toång trôû cuõng naèm beân trong voøng troøn ( Zo, Ro ) . - Neáu k < 1 thì ngöôïc laïi, nghóa laø vuøng khôûi ñoäng trong maët phaúng Z naèm ngoaøi voøng troøn. e- Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa boä so saùnh goùc pha giöõa hai ñaïi löôïng A vaø B trong maët phaúng phöùc . . . . Ñöôïc xaùc ñònh baèng hai phöông trình ( A , B ) = ϕ1 vaø ( A , B ) = ϕ2 . . Vuøng khôûi ñoäng ñöôïc xaùc ñònh baèng baát phöông trình: ϕ1 < ( A , B ) < ϕ2 Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng trong maët phaúng phöùc chính laø hai nöûa ñöôøng thaúng 1 vaø 2 qua goác O vaø taïo vôùi truïc hoaønh goùc ϕ1 vaø ϕ2. Vuøng khôûi ñoäng töông öùng vôùi phaàn gaïch cheùo (H.1.29), neáu o ϕ1 – ϕ2 = 180 thì ñaëc tuyeán laø ñöôøng 3. j 1 jX 5 3 3 a b 4 ϕ 2 ϕ1 O R O 2 a) b) Hình 1.29 Ñaëc tuyeán khôûi ñoäng trong maët phaúng phöùc W (a) vaø maët phaúng toång trôû Z (b) trong tröôøng hôïp so saùnh goùc pha giöõa hai ñaïi löôïng ñieän Haàu heát trong caùc BV, ngöôøi ta thöôøng duøng ñaëc tuyeán laø ñöôøng thaúng 3, nghóa laø luùc ñoù ϕ1 o – ϕ2 = 180 neân trong phaàn naøy khaûo saùt tröôøng hôïp ñaëc bieät naøy. o Neáu ϕ1 – β ≠ 0 vaø ϕ2 – β ≠ 180 thì ñaëc tuyeán laø voøng troøn ñöôøng kính vôùi β = arg k3 / k1 thì ñaëc tuyeán trong maët phaúng toång trôû Z töông öùng vôùi ñöôøng thaúng 3 trong maët phaúng W laø voøng troøn qua hai ñieåm a, b (ñöôøng 4 (H.1.29b)). o o Neáu ϕ1 – β = 90 vaø ϕ2 – β = 270 thì ñaëc tuyeán laø voøng troøn ñöôøng kính a, b (ñöôøng 5 (H.1.29b)). o Neáu ϕ1 – β = 0 vaø ϕ2 – β = 180 , ñaëc tuyeán khôûi ñoäng töông öùng laø ñöôøng thaúng 3 trong maët phaúng toång trôû Z vuøng taùc ñoäng naèm phía traùi ñöôøng thaúng 3 ñi töø b ñeán a. Söï lieân heä giöõa so saùnh trò soá tuyeät ñoái vaø goùc pha cuûa hai ñaïi löôïng ñieän.
30 Boä so saùnh trò soá tuyeät ñoái coù theå trôû thaønh boä so saùnh pha cuûa hai tín hieäu ñaïi löôïng, vaø ngöôïc laïi neáu thay ñoåi toå hôïp cuûa tín hieäu vaøo. Noùi caùch khaùc, so saùnh trò soá tuyeät ñoái cuûa hai ñaïi . . . . löôïng A vaø B A& thì töông öùng so saùnh goùc pha cuûa hai tín hieäu U R vaø IR . Ví duï, quan saùt hình 1.30, ta nhaän thaáy so saùnh trò soá tuyeät ñoái hai ñaïi löôïng . . A& = U& R ÷ I&R ; B& = U& R − I&R töông öùng vôùi so saùnh pha ϕ cuûa U R vaø IR . B A B A B A ϕ ϕ ϕ I I I R R R a) b) c) o o )a ϕ > 90 , khi U& R − &IR > U& R ÷ &IR ; )b ϕ > 90 , khi U& R − &IR = U& R ÷ &IR o )c ϕ Bj trong ñoù: AI = f1(UR, I R ); Bj = f2(UR, IR ) 1 Ñoái vôùi phaàn loâgic coù theå bieåu dieãn baèng haøm: L(φ1, φ2, , φn) =  0 Haøm soá L lieân heä caùc phaàn töû loâgic chuaån, phaàn töû thôøi gian, tín hieäu. Traïng thaùi cuûa L phuï thuoäc vaøo phaàn ño löôøng. Ñeå thöïc hieän chöông trình laøm vieäc cuûa phaàn loâgic coù theå duøng tieáp ñieåm cuûa caùc rôle trung gian hay phaàn töû loâgic cô baûn. Vôùi ba toaùn töû loâgic cô baûn OR (y = x 1 + x2 + x3), AND ( y = x1.x2.x3) vaø NO ( y = x ) vaø caùc phaàn töû thôøi gian, baùo tín hieäu ta coù theå thöïc hieän phaàn loâgic cuûa baát kyø maïch BV naøo. Hình 1.31 giôùi thieäu caùc toaùn töû loâgic cô baûn thöïc hieän baèng tieáp ñieåm rôle vaø kyù hieäu: Trong soá maïch BV, phaàn loâgic coù theâm phaàn töû CAÁM (khoùa) hay caàn duy trì tín hieäu thôøi gian cuøng phaàn töû töï giöõ (NHÔÙ). Kyù hieäu vaø caùch thöïc hieän cho ôû hình 1.32.
31 Caùch laøm vieäc cuûa maïch töï giöõ nhö sau: khi x1 = 1 (cuoän x1 coù ñieän) thì y = 1 ( y coù ñieän do doøng ñi qua tieáp ñieåm x1 vaø tieáp ñieåm thöôøng ñoùng x2). Traïng thaùi y = 1 vaãn ñöôïc tieáp tuïc giöõ (maëc duø x1 trôû veà 0) nhôø tieáp ñieåm töï giöõ y vaø y trôû veà khoâng khi x 2 hôû ra nghóa laø x2 = 1. Trong thöïc teá coù nhöõng sô ñoà maïch BV phöùc taïp. Ñeå coù theå ñôn giaûn hoùa maïch loâgic, tuøy theo coâng cuï cheá taïo BV, ngöôøi ta coù theå duøng caùc quy luaät bieán ñoåi ñaïi soá loâgic cô baûn. x x 1 1 S T y 1 x1 x3 y x2 x2 R y x1 y & x + y x3 x1 x x1 x2 x1 2 x2 y x1 x2 x3 x x a) b) 3 a) b) c) Hình 1.31 Nhöõng baøi toaùn töû logic cô baûn Hình 1.32 a) Maïch khoùa x1 , x 2 b) Maïch töï giöõ y = ()x + y x a) y = x 1 + x 2 + x 3; b) y = x 1.x2.x3; c) y = x 1 2 1.3.4 Maïch thöïc hieän ñieàu khieån maùy caét accu accu BI accu BU BI BU accu BI BU BI BU accu BI BU BI BU BI BU 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 1 2 2 2 rôle 1 rôle 2 rôle 1 rôle 2 rôle 1 rôle 2 rôle 1 rôle 2 cuoän cuoän cuoän cuoän cuoän cuoän caét caét caét 1 caét 2 caét 2 caét 2 Maùy caét Maùy caét Maùy caét Maùy caét 1) 2) 3) 4) Hình 1.33 Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån maùy caét tieâu bieåu Heä thoáng maïch ñieàu khieån maùy caét phaûi ñaûm baûo laøm vieäc tin caäy. Hình 1.33 giôùi thieäu sô ñoà khoái caùc daïng heä thoáng ñieàu khieån thöôøng ñöôïc duøng trong heä thoáng BV. Daïng 1: heä thoáng hai rôle nhaän ñieän töø moät nguoàn thao taùc moät chieàu vaø caùc maùy bieán ñieän. Daïng 2: ñöôïc laøm tin caäy hôn baèng caùch duøng hai boä bieán ñieän rieâng bieät cung caáp cho hai rôle. Daïng 3: duøng maùy caét coù hai cuoän caét, moãi rôle ñöa tín hieäu ñeán moät cuoän caét rieâng. Daïng 4: hai heä thoáng BV rieâng bieät ñieàu khieån moät maùy caét. Nhaän xeùt: daïng 2 ñöôïc tin caäy hôn vì coù hai boä bieán ñieän rieâng bieät cung caáp cho hai rôle. Daïng 4 laø daïng ñaét nhaát vaø tin caäy nhaát vì coù hai heä thoáng BV rieâng bieät ñieàu khieån moät maùy caét. 1.3.5 Caùc nguoàn thao taùc Doøng ñieän thao taùc duøng ñeå cung caáp cho caùc rôle trung gian, thôøi gian, tín hieäu, phaân cöïc caùc linh kieän ñieän töû, ñoùng caét ñieàu khieån caùc maùy caét ñieän vaø moät soá muïc ñích khaùc. Nguoàn doøng ñieän thao taùc caàn phaûi ñaûm baûo cho BV laøm vieäc moät caùch chaéc chaén trong tröôøng hôïp NM, khi maø ñieän aùp choã hö hoûng coù theå giaûm ñeán khoâng. Vì vaäy, caùc maùy bieán aùp töï duøng vaø caùc maùy bieán ñieän aùp khoâng theå laø nguoàn cung caáp duy nhaát cho BV ñöôïc.
32 Hieän nay, thöôøng duøng caùc nguoàn thao taùc moät chieàu do accu cung caáp vaø nguoàn xoay chieàu do caùc maùy bieán doøng, bieán aùp maïng ñieän aùp thaáp cung caáp. a- Nguoàn thao taùc moät chieàu Accu ñieän aùp 110 ÷ 220 V, ôû caùc traïm bieán aùp nhoû thì accu ñieän aùp 24 ÷ 48 V ñöôïc duøng laøm nguoàn moät chieàu. Accu baûo ñaûm cung caáp naêng löôïng ñieän caàn thieát cho caùc maïch thao taùc ôû thôøi ñieåm baát kyø khoâng phuï thuoäc vaøo traïng thaùi cuûa maïng ñöôïc BV, vì vaäy noù laø nguoàn cung caáp baûo ñaûm nhaát. Tuy nhieân, nguoàn accu ñaét hôn nhieàu so vôùi caùc nguoàn thao taùc khaùc, noù ñoøi hoûi thieát bò naïp, phoøng rieâng vaø söï baûo trì thöôøng xuyeân. b- Nguoàn thao taùc xoay chieàu Ñoái vôùi BV choáng NM, maùy bieán doøng laø nguoàn cung caáp raát baûo ñaûm cho caùc maïch thao taùc. Khi coù NM, doøng vaø aùp ôû ñaàu cöïc cuûa maùy bieán doøng taêng leân ñaûm baûo cung caáp naêng löôïng caàn thieát cho caùc maïch thao taùc. Tuy nhieân, ñoái vôùi caùc söï coá vaø cheá ñoä khoâng bình thöôøng maø doøng qua phaàn töû BV khoâng taêng leân thì maùy bieán doøng khoâng ñaûm baûo coâng suaát caàn thieát. Maùy bieán ñieän aùp vaø maùy bieán aùp töï duøng khoâng theå duøng ñeå cung caáp cho maïch thao taùc cuûa BV choáng NM khi aùp cuûa maïng ñieän giaûm. Nhöng ñoái vôùi caùc söï coá vaø cheá ñoä khoâng bình thöôøng aùp khoâng giaûm nhieàu thì chuùng coù theå laøm vieäc toát. Tuï naïp saün, thoâng thöôøng tuï ñöôïc naïp ñieän saün töø maïng trong cheá ñoä bình thöôøng. Khi aùp cuûa traïm bò maát, naêng löôïng trong tuï vaãn ñöôïc duy trì, vì vaäy tuï naïp saün ñöôïc duøng ñeå cung caáp naêng löôïng cho caùc BV vaø thieát bò töï ñoäng laøm vieäc khi maát aùp cuûa traïm. Toå cung caáp lieân hôïp, cung caáp cho ta doøng ñieän thao taùc baèng caùch toång hôïp caùc doøng ñieän chænh löu töø caùc nguoàn doøng ñieän (coù maùy bieán doøng) vaø ñieän aùp (maùy bieán aùp). Trong caùc toå lieân hôïp caàn phaûi chuù yù ñeán vieäc choïn caùc pha doøng ñieän vaø ñieän aùp nhö theá naøo ñeå coù theå nhaän ñöôïc coâng suaát lôùn nhaát. c- Nguoàn moät chieàu cho caùc phaàn töû thöïc hieän baèng ñieän töû, vi maïch Heä thoáng BV baèng baùn daãn, vi maïch caàn nguoàn ñieän aùp moät chieàu oån ñònh. Trò soá ñieän aùp naøy phuï thuoäc vaøo transistor, hay vi maïch. Nhöõng ñieän aùp thoâng duïng cung caáp cho caùc maïch naøy laø ± 5V, ± 9V, ± 15 V. Ñeå cung caáp nguoàn moät chieàu caùc linh kieän baùn daãn, vi maïch ngöôøi ta thöôøng duøng hai phöông phaùp sau: - Duøng boä chia theá töø maïng 110 V hay 220 V - Boä bieán ñoåi moät chieàu 110 V (220 V DC) thaønh ñieän moät chieàu coù ñieän theá ra thích hôïp. Phöông phaùp ñaàu tieân thöôøng duøng cho caùc BU maïch coù rôle rieâng bieät (rôle trung gian, doøng ñieän, CL thôøi gian ) naêng löôïng tieâu thuï töøng phaàn khoâng + lôùn. Sô ñoà nguyeân lyù ñôn giaûn cuûa phöông phaùp naøy ôû hình 1.34. Trong tröôøng hôïp nguoàn cung caáp cho BV CL phöùc taïp, cuøng moät luùc cung caáp cho phaàn ño löôøng vaø loâgic caàn thieát duøng phöông phaùp thöù hai. Hình 1.34 Toå cung caáp lieân hôïp
33 1.3.6 Caùc kyù hieäu thöôøng gaëp trong sô ñoà baûo veä rôle 50 50 50 50 a) b) c) d) 1- Cuoän daây rôle (ngoõ vaøo cuûa rôle) 2- Tieáp ñieåm rôle (ngoõ ra cuûa rôle) Daïng 1 Daïng 2 Daïng 3 Daïng 4 Daïng 5 Tieáp ñieåm Tieáp ñieåm thöôøng môû “a” Tieáp ñieåm Tieáp ñieåm thöôøng ñoùng “b” Tieáp ñieåm thöôøng môû ñoùng chaäm Tieáp ñieåm thöôøng mô û (“ a”) cho bieát tieáp ñieåm naøy môû khi cuoän daây cuûa noù khoâng coù ñieän (rôle chöa taùc ñoäng). Tieáp ñieåm thöôøng ñoùng (“ b”) cho bieát tieáp ñieåm naøy ñoùng khi cuoän daây cuûa noù khoâng coù ñieän. Khi rôle taùc ñoäng thì traïng thaùi cuûa tieáp ñieåm seõ thay ñoåi. Trong quyeån saùch naøy söû duïng kyù hieäu d) cho ngoõ vaøo rôle vaø kyù hieäu tieáp ñieåm theo daïng 1. Caâu hoûi chöông 1 1- 1- Caùc yeâu caàu cô baûn cuûa heä thoáng baûo veä heä thoáng ñieän. 2- 2- Phaân tích caùc toå ñaáu daây cuûa maùy bieán doøng ñieän vaø maùy bieán ñieän aùp. 3- 3- Caùch choïn caùc thoâng soá maùy bieán doøng vaø maùy bieán aùp. Websides th am kh o : www.rflelect.com www.nxtphase.com www.newage-avkseg.com www.crmagnetics.com www.vamp.fi
34 Chöông 2 CAÙC KYÕ THUAÄT CHEÁ TAÏO RÔLE BAÛO VEÄ 2.1 BAÛO VEÄ ÑÖÔÏC THÖÏC HIEÄN BAÈNG CAÙC RÔLE ÑIEÄN CÔ Rôle ñieän cô ñöôïc söû duïng ñeå thöïc hieän caùc phaàn chöùc naêng cuûa baûo veä. Rôle ñieän cô laøm vieäc treân cô sôû löïc cô döôùi taùc duïng cuûa doøng ñieän chaïy trong rôle, rôle ñieän cô bieán ñoåi tín hieäu ñieän ñaàu vaøo thaønh tín hieäu traïng thaùi laø söï ñoùng, môû cuûa tieáp ñieåm. Trong rôle ñieän cô, naêng löôïng ñieän töø ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh naêng löôïng cô, laøm chuyeån ñoåi phaàn ñoäng cuûa rôle. Neáu goïi ϕ laø goùc quay cuûa phaàn ñoäng do taùc duïng cuûa löïc ñieän töø thì phöông trình moâmen quay ñieän töø coù daïng dW M = ñt (2.1) ñt dα vôùi Wñt laø naêng löôïng ñieän töø ôû thôøi ñieåm t. Wñt coù theå ñöôïc tính theo phöông trình n n−1 n 2 Wñt = 5,0 ∑ LRiR + ∑ ∑ MRiRiR (2.2) R=1 p=1 R= p+1 trong ñoù: iR, iR - doøng ñieän vaøo rôle; LR, MR - heä soá töï caûm vaø hoã caûm cuûa caùc doøng ñieän. Coù theå cheá taïo rôle ñieän cô vôùi moät ñaïi löôïng, hai hay nhieàu ñaïi löôïng ñaàu vaøo. Rôle vôùi moät tín hieäu vaøo, laøm vieäc baèng caùch so saùnh moâmen quay Mñt vôùi moâmen caûn Mc. Thöôøng laø loø xo vaø moâmen ma saùt Mms . Ñeå rôle khôûi ñoäng vaø trôû veà, treân phaàn M Mc - M ms M chuyeån ñoäng cuûa rôle luoân luoân thoûa maõn ñieàu ∆ M kieän ñt M ≥ M + M vaø M ≤ M − M ñtkñ c ms ñttv c ms Mms M Treân hình 2.1, ta quan saùt caùc moâmen rôle ms Mc - M ms ñieän cô theo goùc di chuyeån α cuûa phaàn ñoäng. Mc Moâmen ma saùt laø haèng soá khoâng phuï thuoäc vaøo goùc quay: αo α1 α Mc = M co + k(α – αo) Hình 2.1 Quan heä caùc moâmen Moâmen caûn laø ñöôøng thaúng vaø taêng theo theo goùc di chuyeån α. Moâmen ñieän töø taêng nhanh hôn moâmen caûn, taïi vò trí α = α1 coù löôïng moâmen thöøa laø M∆, löôïng moâmen thöøa naøy cuõng xaùc ñònh löïc giöõ chaët tieáp ñieåm cuûa rôle, nhöng löôïng naøy laøm aûnh höôûng söï trôû veà cuûa rôle vì muoán rôle trôû veà traïng thaùi cuõ thì Mñt ≤ Mc − Mms
35 Ñaùnh giaù söï trôû veà cuûa rôle baèng heä soá trôû veà ktv , xaùc ñònh baèng ñaïi löôïng trôû veà treân ñaïi löôïng khôûi ñoäng. Ví duï, ñoái vôùi rôle cöïc ñaïi M M − M k = ñvtv = c ms tv M M + M + M ñtkñ c ms ∆ Ñoái vôùi rôle ñieän cô heä soá naøy thöôøng nhoû. Duøng rôle ñieän cô trong phaàn ño löôøng, ngöôøi ta tìm nhieàu caùch ñeå naâng heä soá ktv leân gaàn baèng 1 baèng caùch giaûm Mc vaø M∆. Sau ñaây giôùi thieäu vaøi loaïi caáu truùc rôle ñieän cô thöôøng gaëp. IR a) b) c) d) e) g) h) i) f) Hình 2.2 Caùc caáu truùc rôle ñieän cô thoâng duïng a) Loaïi ñieän töø coù phaàn ñoäng di chuyeån thaúng; b) Loaïi ñieän töø coù phaàn ñoäng ñoùng, môû c) Loaïi ñieän töø coù caàn caân baèng; d) Loaïi ñieän töø coù phaân cöïc baèng nam chaâm e) Loaïi coù cuoän daây quay; f, g) Loaïi caûm öùng coù phaàn quay laø hình troáng h, i) Loaïi caûm öùng coù phaàn quay laø ñóa 2.1.1 Söû duïng nguyeân taéc ñieän töø ñeå cheá taïo rôle Rôle ñieän töø laøm vieäc treân nguyeân taéc taùc ñoäng cuûa löïc ñieän töø sinh ra töø cuoän daây phaàn tónh leân phaàn ñoäng laø saét töø. Moâmen quay ñöôïc xaùc ñònh töø (2.2) vôùi soá haïng thöù hai baèng khoâng. Ví duï: Cho doøng ñieän iR vaøo cuoän daây cuûa rôle ñieän töø, naêng löôïng töø tröôøng nhaän ñöôïc laø 2 Wñt = 5,0 iR.L Doøng ñieän iR töø bieán doøng laø nguoàn doøng khoâng phuï thuoäc vaøo thoâng soá cuûa maïch töø vaø vò trí phaàn ñoäng, neân moâmen quay chæ phuï thuoäc vaøo heä soá L, nghóa laø dL M = 5,0 i2 (2.3) ñt R dα Töø (2.3), trò soá moâmen quay khoâng phuï thuoäc vaøo daáu cuûa iR. Do ñoù, heä thoáng ñieän töø coù theå laøm vieäc vôùi doøng ñieän xoay chieàu vaø moät chieàu. Neáu iR laø hình sin thì ( iR = I R.sin .ω.t ) dL dL dL M = 5,0 sin2 ωt. = k .I 2 . − k .I 2 .cos 2. ωt. (2.4) ñt dα 1 R dα 1 R dα
36 Soá haïng thöù nhaát cuûa Mdt khoâng phuï thuoäc vaøo thôøi gian, coøn soá haïng thöù hai coù taàn soá gaáp ñoâi. Ñeå giaûm phaàn ñoäng rung ñoái vôùi thaønh phaàn thöù hai, ngöôøi ta duøng voøng NM boïc laáy moät phaàn cöïc cuûa rôle. Hình 2.3 bieåu dieãn Mñt theo thôøi gian. L = kR N 2 M 2 ñt k I dL 1 n dα iR 2 dL K I cos2ω t 1 R dα Hình 2.3 Moâmen ñieän töø trong rôle ñieän töø Do quaùn tính cuûa heä thoáng chuyeån ñoäng, gaàn ñuùng coù theå phaân tích moâmen quay baèng dL moâmen trung bình M = k I 2 tb 1 R dα 2 Trò soá L tyû leä vôùi soá voøng daây quaán N trong rôle: L = kR.N vôùi kR laø heä soá caáu truùc cuûa rôle. dk Töø ñoù M = 5,0 I 2 .N 2 R = k.N 2.I 2 tb R dα R trong ñoù kR laø haèng soá tyû leä tuøy vaøo caáu truùc cuûa rôle. Quan saùt söï laøm vieäc cuûa rôle ñieän töø baèng sô ñoà caáu truùc. Khi quan saùt moät sô ñoà baûo veä, cuõng nhö trong tröôøng hôïp nghieân cöùu heä thoáng ñieàu khieån, ngöôøi ta söû duïng roäng raõi sô ñoà caáu truùc. Treân sô ñoà naøy, nhöõng khaâu cô baûn cuûa baûo veä ñöôïc trình baøy vaø nhöõng quan heä giöõa chuùng vôùi nhau. Ñoái vôùi moãi khaâu cuûa sô ñoà caáu truùc ñöôïc moâ taû baèng phöông trình lieân heä giöõa ñaàu ra vaø vaøo. Treân quan ñieåm naøy, rôle ñieän töø cuõng coù theå ñöôïc moâ taû baèng sô ñoà caáu truùc. iR 1 2 3 5 iR φ 2 1 xo k kφ 2 2 p T1 + T2p + 1 Mc Hình 2.4 Rôle ñieän töø vaø sô ñoà caáu truùc cuûa noù 1 2 Ta bieát moâmen quay laø Mñt = k.I ()1 − 2 cos ωt = M + M 2 R o ≈ Phöông trình chuyeån ñoäng cuûa phaàn ñoäng ñöôïc bieåu dieãn d2 x dx m + n + qx = Mthöøa = M ñt – MΣc (2.5) dt dt trong ñoù: Mthöøa - moâmen thöøa; Mñt - moâmen ñieän töø; MΣc - toång moâmen caûn m, n, q - haèng soá; x - bieán soá bieåu dieãn söï di chuyeån cuûa phaàn ñoäng rôle.
37 2 Töø (2.5) (mp + np + q)x(t) = Mth vôùi p = d/dt x(n) 1 Haøm soá truyeàn laø W()p = = 2 Mth()p mp + np + q 1 m n Neáu ñaët = k ; = T2 ; = T thì haøm soá truyeàn coù daïng q q 1 q 2 k W()p = 2 T1 + T2 p + 1 Ñaây laø haøm soá truyeàn cuûa moät phaàn töû quaùn tính baäc hai vaø töông öùng vôùi boä loïc taàn soá thaáp. Sô ñoà caáu truùc cuûa rôle doøng ñieän ñieän töø cho ôû hình 2.4. Phaàn töû 1 vaø 2 bieåu dieãn bieán ñoåi doøng thaønh töø thoâng vaø moâmen quay. Nhöõng phaàn töû naøy khoâng quaùn tính vaø coù tính chaát laø boä loïc taàn soá. Thöïc teá M khoâng aûnh höôûng neân tín hieäu ra xo chæ phuï thuoäc vaøo Mo. 2.1.2 Söû duïng nguyeân taéc cuûa caûm öùng ñeå cheá taïo rôle Rôle caûm öùng laøm vieäc treân cô sôû taùc ñoäng cuûa töø tröôøng xoay chieàu sinh ra do cuoän daây quaán treân phaàn tónh vôùi doøng ñieän caûm öùng bôûi töø tröôøng trong phaàn ñoäng khoâng saét töø (ñóa quay hay vaønh hình troáng). Moâmen quay ñöôïc xaùc ñònh baèng soá haïng töù hai cuûa (2.2). Do khoâng coù caûm öùng L khi phaàn ñoäng di chuyeån, ñeå sinh ra moâmen quay heä thoáng caûm öùng phaûi coù ít nhaát hai töø thoâng leäch pha trong khoâng gian vaø thôøi gian, do ñoù rôle chæ laøm vieäc vôùi doøng ñieän xoay chieàu. Trong heä thoáng chæ coù moät doøng ñieän ñöa vaøo, ñeå taïo ra hai töø thoâng leäch pha nhau ngöôøi ta duøng voøng ngaén maïch ñöôïc gaén vaøo ôû moät phaàn cuûa cöïc töø (H.2.2h, i). Trong heä thoáng rôle caûm öùng boán cöïc töø, hai cuoän daây nhö hình 2.2f coù doøng i1 vaø i2 vaøo thì naêng löôïng töø tröôøng vaø moâmen quay ñöôïc xaùc ñònh theo (2.1) vaø (2.2) laø di di  di  dM  di  dM W = M i 2 + M i 1 = i  2  12 + i  1  21 dt 12 1 dt 21 2 dt 1  dt  dα 2  dt  dα  di di  hay M = ki 1 − i 2  dt  2 dt 1 dt  Neáu heä thoáng töø cuûa rôle khoâng baõo hoøa (töø thoâng φ tyû leä vôùi doøng ñieän) vaø doøng ñieän i1 vaø i2 laø hình sin cuøng taàn soá vaø leäch nhau moät goùc γ thì di dφ di dφ 1 ≈ 1 = I cos ωt; 2 ≈ 2 = I cos(ωt − γ) dt dt 1m dt dt 2m Töø ñoù Mñt = k.I 1m.I 2m sin γ Neáu trong tröôøng hôïp heä thoáng caûm öùng chæ do moät doøng ñieän taïo neân thì moâmen quay Mñt = 2 k/Im . Nhö vaäy, moâmen tyû leä vôùi goùc leäch pha γ giöõa hai doøng ñieän. Ngöôøi ta thöôøng duøng heä thoáng caûm öùng ñeå cheá taïo boä so saùnh pha giöõa hai ñaïi löôïng ñieän A vaø B. Trong tröôøng hôïp lyù töôûng, heä thoáng seõ khôûi ñoäng khi 0 o ≤ γ ≤ 180 o. Heä thoáng caûm öùng coù phaàn quay hình troáng, cöïc töø nhieàu cöïc quaán hai cuoän daây thöôøng ñöôïc duøng cheá taïo rôle vôùi thôøi gian khôûi ñoäng raát nhanh coøn heä thoáng caûm öùng duøng phaàn quay laø ñóa, moät ñaïi löôïng ñieän vaøo thöôøng duøng ñeå cheá taïo rôle laøm vieäc coù thôøi gian. Quan saùt söï laøm vieäc cuûa rôle caûm öùng baèng sô ñoà caáu truùc.
38 Tröôøng hôïp toång quaùt coù theå vieát moâmen quay cuûa heä thoáng caûm öùng döôùi daïng Mñt = φ1m.φ2m sin γ Döôùi taùc duïng cuûa hai töø thoâng φ1 = φ1m sin ωt vaø φ2 = φ2m sin( ωt + γ) hai doøng caûm öùng i1 vaø i2 coù theå veõ sô ñoà caáu truùc nhö hình 2.5. 1 2 3 4 U e1, i 1 R kU i d kφ x T + 1 1 p dt 8 x x 5 6 LF T I d R kφ 2 dt e, i 2 2 Hình 2.5 Sô ñoà caáu truùc cuûa heä thoáng caûm öùng coù hai tín hieäu vaøo laø U R vaø I R Giaû thuyeát hai tín hieäu vaøo laø UR vaø IR ôû ñaây töø thoâng φ1 ñöôïc taïo ra baèng doøng I chaïy qua cuoän daây ñieän aùp UR. di Do U = R ÷ L vôùi R, L laø thoâng soá cuoän daây ñieän aùp neân haøm soá truyeàn cuûa phaàn töû R i dt i(p) k 1 coù daïng = U U()p Tp+1 Phaàn töû 2 : bieán I thaønh töø thoâng φ1, ñaây laø phaàn töû khoâng quaùn tính Phaàn töû 3 : laø vi phaân ñeå taïo doøng caûm öùng cuûa töø thoâng φ1: φ1 e1 e1 = k ; i1 = dt R1 Phaàn töû 4 : laø boä nhaân, qua boä naøy ta nhaän ñöôïc moâmen quay töø doøng caûm öùng cuûa φ1 vaø töø thoâng φ2 do iR sinh ra. Töông töï, ta cuõng coù caùc phaàn töû 5, 6, 7. Phaàn töû 8 bieåu dieãn quaùn tính chuyeån ñoäng cuûa phaàn quay rôle, cuõng nhö rôle ñieän töø moâmen seõ laøm quay rôle. Haøm soá truyeàn cuûa phaàn töû naøy laø haøm soá quaùn tính baäc hai gioáng nhö boä loïc taàn soá thaáp LF. 2.2 SÖÛ DUÏNG LINH KIEÄN BAÙN DAÃN, VI MAÏCH TRONG CAÙC SÔ ÑOÀ BAÛO VE Ä Giai ñoaïn ñaàu tieân, linh kieän baùn daãn duøng trong heä thoáng baûo veä raát ít vaø chuû yeáu laø trong rôle ñieän cô, nhöng caøng veà sau tyû leä söû duïng caùc phaàn töû baùn daãn, vi maïch trong caùc heä thoáng baûo veä taêng daàn leân, vaø trong nhieàu tröôøng hôïp chæ coù phaàn töû cuoái cuøng môùi duøng rôle ñieän cô. Trong nhöõng sô ñoà baûo veä baèng ñieän töû, hieän nay ngöôøi ta ñaõ duøng nhöõng linh kieän baùn daãn khaùc nhau. Ñoù laø diod, transistor, thiristor, phaàn töû Hall, khueách ñaïi thuaät toaùn Caùc linh kieän naøy coù theå ñöôïc duøng ñeå taïo thaønh nhöõng phaàn töû chöùc naêng khaùc nhau cuûa baûo veä. Caáu truùc vaø söï laøm vieäc cuûa töøng linh kieän neâu treân ñöôïc trình baøy trong haøng loaït nhöõng taøi lieäu kyõ thuaät. Trong phaàn naøy, seõ trình baøy vaén taét nhöõng ñaëc tính, chöùc naêng cô baûn cuûa caùc linh kieän neâu treân. Vì vaäy, vieäc giôùi thieäu naøy seõ goùp phaàn thieát keá vaø giaûi thích deã daøng söï laøm vieäc cuûa caùc boä phaän chöùc naêng cuûa heä thoáng baûo veä.
39 2.2.1 Diod baùn daãn Trong baûo veä baèng baùn daãn, diod coù moät öùng duïng roäng raõi. Chuùng vöøa ñöôïc laøm chænh löu, vöøa duøng ñeå oån ñònh ñieän aùp. Diod chænh löu duøng ñeå ñoåi ñieän aùp xoay chieàu. Ñaëc tröng cuûa moät diod baùn daãn ñöôïc cho ôû hình 2.6a vaø kyù hieäu duøng trong caùc sô ñoà cho ôû hình 2.6b. I(A) 0,3 0,2 0,1 u ( 100 40 0,4 0,8 Uth (V) i 50 a) I µ(A) b) ng Hình 2.6 Ñaëc tính vaø kyù hieäu cuûa diod chænh löu Töø hình 2.6 ta nhaän thaáy laø khi cöïc tính thuaän, quan heä giöõa ñieän aùp u vaø doøng ñieän i (töùc laø ñieän trôû thuaän) raát beù; trong khi ñoù cöïc tính ngöôïc thì quan heä naøy (töùc laø ñieän trôû ngöôïc) raát lôùn. Ñaùnh giaù moät diod laø xeùt quan heä M giöõa ñieän trôû ngöôïc vaø ñieän trôû thuaän. Neáu M caøng lôùn thì diod caøng toát. Diod chænh löu ñöôïc ñaëc tröng bôûi haøng loaït giaù trò giôùi haïn vaø giaù trò laøm vieäc nhaát ñònh. Nhöõng soá lieäu ñaëc tröng hay duøng nhaát ñoái vôùi diod chænh löu laø nhö sau: - Doøng ñieän thuaän töông öùng vôùi moät ñieän aùp cöïc tính thuaän nhaát ñònh (keát quaû laø ñieän trôû thuaän ñoái vôùi giaù trò töông öùng cuûa ñieän aùp) - Doøng ñieän ngöôïc töông öùng vôùi ñieän aùp cöïc tính ngöôïc (keát quaû laø ñieän trôû ngöôïc) - Doøng ñieän thuaän lôùn nhaát - Ñieän aùp ngöôïc lôùn nhaát - Coâng suaát tieâu taùn - Daûi nhieät laøm vieäc cho pheùp - Phaïm vi taàn soá laøm vieäc - Ñieän dung trong cheá ñoä cöïc tính ngöôïc. Diod ñieàu aùp ñöôïc duøng laø diod Zener; ñaëc tính vaø kyù hieäu cuûa diod Zener cho ôû hình 2.7. Trong caùc sô ñoà baûo veä, nhöõng diod Zener thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå laøm ñieän aùp chuaån, phuïc vuï cho vieäc so saùnh vôùi ñieän aùp thay ñoåi khaùc.
40 I (A) th 10 5 Ung (V) 30 20 10 0,5 1 1,5 V I (A) ng Hình 2.7 Ñaëc tính vaø kyù hieäu cuûa diod Zener Nhöõng diod oån aùp ñöôïc cheá taïo ñeå oån ñònh ñieän aùp bao goàm giöõa 1 V vaø 1000 V. Nhöõng soá lieäu raát hay duøng ñoái vôùi diod oån aùp nhö sau: - Ñieän aùp oån ñònh - Ñieän trôû ñoäng (laø quan heä giöõa söï bieán thieân ñieän aùp u vaø söï bieán thieân doøng ñieän ∆i) trong cheá ñoä oån ñònh, ôû ñaây ñieän trôû naøy coù giaù trò raát beù - Coâng suaát tieâu taùn lôùn nhaát max - Doøng ñieän oån aùp max, ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng suaát tieâu taùn max - Doøng ñieän thuaän max - Heä soá nhieät ñoä cuûa ñieän aùp oån ñònh, ñaëc tröng söï thay ñoåi theo phaàn traêm cuûa ñieän aùp oån ñònh vôùi nhieät ñoä - Daûi nhieät ñoä laøm vieäc - Ñieän dung cuûa diod, xaûy ra ôû vuøng ñieän aùp ngöôïc ñeán khi xuyeân thuûng, ñieän dung cuûa diod oån aùp trong cheá ñoä laøm vieäc naøy lôùn hôn raát nhieàu so vôùi ñieän dung cuûa diod chænh löu coù cuøng coâng suaát. 2.2.2 Transistor Trong sô ñoà baûo veä, transistor coù theå ñöôïc duøng nhö phaàn töû töông töï hay phaàn töû logic. Trong tröôøng hôïp ñaàu, transistor laøm vieäc ôû cheá ñoä tuyeán tính, trong tröôøng hôïp sau transistor laøm vieäc ôû cheá ñoä chuyeån maïch. Trong nhöõng sô ñoà baûo veä, ôû phaàn töông töï cuõng nhö ôû phaàn logic, caùch maéc hay nhieàu nhaát ñoái vôùi transistor laø caùch maéc cöïc phaùt chung EC. Caùch maéc naøy coù moät soá öu ñieåm sau: - Tín hieäu ñöa ñeán ngoõ vaøo seõ ñöôïc khueách ñaïi vöøa doøng, vöøa aùp, vôùi söï ñaûo pha, trong khi caùch maéc cöïc goùp chung BC khoâng coù khueách ñaïi doøng, coøn caùch maéc cöïc goùp chung CC khoâng coù khueách ñaïi aùp. - Khueách ñaïi coâng suaát seõ ñaït lôùn hôn so vôùi caùch maéc khaùc. - Ñieän trôû ngoõ vaøo lôùn, ngoõ ra nhoû raát thích öùng ñeå deã daøng giöõa nhöõng phaàn töû ñöôïc gheùp noái tieáp. Hình 2.8 giôùi thieäu sô ñoà ñôn giaûn cuûa caùch maéc cöïc phaùt chung EC ñoái vôùi moät transistor pnp vaø ñaëc tính laøm vieäc cuûa noù.
41 -E ic Rt A Ec 6 E C Rcb A5 iB A4 UcE B A3 E A2 1 A1 -U V cE Hình 2.8 Sô ñoà maéc cöïc phaùt chung cuûa transistor pnp vaø ñaëc tuyeán laøm vieäc Nhöõng ñaëc tính naøy bieåu thò söï phuï thuoäc giöõa doøng cöïc goùp ic vôùi ñieän aùp cöïc goùp–phaùt UCE ôû nhöõng giaù trò khaùc nhau cuûa doøng ñieän goùc iB. Nhöõng ñaëc tính cuûa ngoõ ra vaø ñöôøng thaúng phuï taûi 1 (H.2.8b) coù theå xaùc ñònh ranh giôùi cuûa vuøng ngöøng daãn vaø vuøng daãn cuûa transistor. Ñoái vôùi doøng ñieän ngoõ vaøo ib ≈ 0, ñieåm laøm vieäc ôû A1, transistor ôû traïng thaùi ngöøng daãn vaø doøng ñieän ic seõ coù giaù trò cuûa doøng ñieän roø (yeâu caàu doøng ñieän naøy phaûi raát beù) coøn uCE ñieän aùp cöïc goùp coù giaù trò cöïc ñaïi. Neáu cho doøng ñieän cöïc goác iB taêng leân, ñieåm laøm vieäc seõ taêng leân A2, A3 ñieåm A2, A3 thuoäc veà vuøng daãn cuûa transistor, nhöng transistor chöa ñi vaøo vuøng baõo hoøa (vì doøng ñieän ic coøn coù theå taêng khi taêng iB). Neáu tieáp tuïc taêng iB ñeán luùc ic khoâng theå taêng ñöôïc nöõa (ñieåm A6), ñieåm A6 thuoäc vuøng baõo hoøa. ÔÛ traïng thaùi baõo hoøa, ñieän aùp UCE trôû neân raát beù, töùc cöïc goùp seõ nhaän moät ñieän theá raát gaàn ñieän theá cuûa cöïc phaùt. ÔÛ caùc boä khueách ñaïi cuûa caùc phaàn töû töông töï cuûa baûo veä, caùc transistor laøm vieäc ôû vuøng daãn ñieän chöa baõo hoøa (cheá ñoä tuyeán tính) coøn trong nhöõng sô ñoà cuûa phaàn töû logic, caùc transistor laøm vieäc trong cheá ñoä chuyeån maïch, ñi töø traïng thaùi ngöøng ñeán traïng thaùi daãn baõo hoøa vaø ngöôïc laïi. Öu ñieåm cuûa chuyeån maïch baèng transistor laøm vieäc baõo hoøa laø tính oån ñònh ñoái vôùi nhieãu cuûa caùc ñaïi löôïng ngoõ ra vaø ta nhaän ñöôïc ñieän aùp giaùng lôùn nhaát treân ñieän trôû taûi Rt (khi baõo hoøa UCE ≈ 0, luùc ñoù Et = Rt.i c). Ñeå deã hieåu caùch laøm vieäc cuûa transistor trong cheá ñoä chuyeån maïch, chuùng ta xem caùc sô ñoà töông ñöông giöõa caùc transistor vaø rôle ñieän töø hình 2.9.
42 +E -E +E -E Rt C B B B B E E _ E E a) b) +E + R R R R 1 2 +E +T 2 1 2 T2 B R B T T T RT 1 T RT T2 E 1 _ E 1 _ c) d) + ra + + R1 +T 2 T1 T1 T2 B C’ B RT RT RT T1 T1 _ E _ E Rf Rf e) f) Hình 2.9 Sô ñoà töông ñöông giöõa caùch maéc caùc transistor vaø rôle ñieän töø Hình 2.9a laø maéc cöïc phaùt chung loaïi transistor n-p-n. Neáu tín hieäu vaøo coù ñieän theá ôû b döông so vôùi E thì transistor seõ daãn vaø coù doøng ñieän qua Rt. Neáu tín hieäu vaøo laø hình sin thì transistor seõ vaãn chæ theo cuûa baùn chu kyø döông vaø coù xung vuoâng moät chieàu chaïy qua Rt giaûi thích töông töï cho transistor p-n-p (H.2.9b). Vôùi muïc ñích khueách ñaïi hay trigger, coù theå duøng hai transistor khaùc loaïi hay cuøng loaïi gheùp noái tieáp nhö hình 2.9c vaø hình 2.9d. Kieåu c luùc bình thöôøng (UB ≤ UE) cuûa hai transistor T1 vaø T2 khoâng daãn. Kieåu d luùc bình thöôøng T2 daãn, luùc ñoù ñieän theá giaùng toái ña ñaët ôû ñieän trôû R2 vaø Ura = 0. Trong lónh vöïc baûo veä, rôle caàn coù taùc ñoäng döùt khoaùt, chaéc chaén, ñoái vôùi caùc sô ñoà coù linh kieän transistor coù theå duøng hoài tieáp döông qua ñieän trôû Rf (H.2.9e, f). Trong hình 2.9e , khi T1 laøm T2 daãn, ñieåm C' trôû thaønh döông hôn, ñieàu naøy cuõng laøm cho B döông hôn qua ñieän trôû Rf vaø laøm cho T1 daãn hoaøn toaøn, maëc duø tín hieäu vaøo chæ vöøa vöôït quaù ngöôõng moät ít ÔÛ sô ñoà hình 2.9f, khi T1 daãn laøm T2 ngöng vaø laøm ñieåm D aâm hôn, ñieàu naøy phaân cöïc laøm T1 caøng daãn maïnh hôn. Coù theå duøng transistor nhö phaàn töû so saùnh ñieän moät chieàu. Neáu coù ñieän theá phaân cöïc nghòch giöõa B vaø E (ñieän theá chuaån ), tín hieäu vaøo phaûi lôùn hôn ñieän theá naøy thì laøm transistor daãn
43 2.2.3 Thyristor Thyristor (SCR) laø phaàn töû coâng suaát lôùn thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc khoái ñieàu khieån maùy caét cuûa baûo veä. + SRC K K + coång ñieàu mc khieån G mc cuoän caét MC cuoän caét MC _ _ Hình 2.10 Thyristor vaø sô ñoà laøm vieäc töông ñöông Trong hình 2.10, khi khoùa K ñoùng thì coù tín hieäu döông vaøo coång G laøm SCR daãn. Neáu sau ñoù K môû thì SCR vaãn tieáp tuïc daãn (trong sô ñoà töông ñöông, diod tieáp tuïc daãn do cuoän döï tröõ B, SCR chæ ngöng daãn khi khoùa mc môû ra (mc laø tieáp ñieåm phuï cuûa maùy caét). Sau ñaây laø nhöõng soá lieäu ñaëc tröng thoâng thöôøng ñoái vôùi SCR. Veà giaù trò giôùi haïn : a) Doøng ñieän thuaän lôùn nhaát; b) Ñieän aùp thuaän lôùn nhaát c) Coâng suaát tieâu taùn lôùn nhaát; d) Ñieän aùp ngöôïc lôùn nhaát e) Doøng ñieän ñieàu khieån lôùn nhaát. Veà giaù trò ñaëc tính, theo quy ñònh noù lieân heä chaët cheõ vôùi doøng ñieän vaø thôøi gian chuyeån maïch. a) Doøng ñieän thuaän ñònh möùc; b) Doøng ñieän dö. Doøng ñieän chuyeån maïch (doøng ñieän ñieàu khieån toái thieåu maø noù ñaûm baûo söï chuyeån maïch ñoái vôùi nhöõng giaù trò nhaát ñònh cuûa ñieän aùp vaø nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng xung quanh). a) Thôøi gian chuyeån maïch thuaän; b) Thôøi gian chuyeån maïch nghòch. 2.2.4 Linh kieän vi maïch, khueách ñaïi thuaät toaùn Phuï thuoäc vaøo chöùc naêng caùc linh kieän vi maïch ñöôïc chia laøm hai loaïi: loaïi töông töï vaø soá. Khueách ñaïi thuaät toaùn (KÑTT) laø phaàn töû vi maïch töông töï thöôøng duøng trong caùc phaàn ño löôøng cuûa baûo veä. Caùc phaàn töû soá duøng ñeå bieán ñoåi vaø thieát laäp E caùc tín hieäu coù daïng 1 – 0. Thöôøng linh kieän coù daïng soá + thöôøng ñöôïc duøng trong phaàn logic cuûa baûo veä. U Sau ñaây, ta khaûo saùt moät soá sô ñoà thoâng duïng v + cuûa KÑTT thöôøng ñöôïc duøng trong caùc sô ñoà baûo veä. Uv Ura Uv KÑTT laø khueách ñaïi transistor vôùi heä soá _ E 4 5 khueách ñaïi lôùn ( k = 10 ÷ 10 ), ñieän trôû vaøo lôùn ( Rr = 2 –6 –9 10 ÷ 10 Ω), doøng ñieän vaøo beù (10 ÷ 10 A), vuøng 5 6 hoaït ñoäng theo taàn soá töø 0 ñeán 10 ÷ 10 Hz ). Hình 2.11 Khueách ñaïi thuaät toaùn
44 KÑTT laøm vieäc ñöôïc cung caáp töø hai nguoàn moät chieàu E coù ñieän theá ngöôïc nhau (thöôøng ± 15 V) vôùi trung tính chung (O), töø ñieåm naøy ño ñieän aùp ra vaø vaøo. KÑTT treân hình 2.11 coù hai ñaàu vaøo vaø moät ñaàu ra. Moät ñaàu vaøo goïi laø nghòch (kyù hieäu daáu -), khi cho ñieän aùp döông vaøo ñieåm naøy (coøn ñieåm ñaàu vaøo kia noái trung tính) ñieän aùp ñaàu ra nhaän ñöôïc laø aâm vaø ngöôïc laïi. Moät ñaàu vaøo khaùc goïi laø thuaän (kyù hieäu daáu +), do tín hieäu ñaàu vaøo vaø ñaáu ra cuøng daáu (khi ñaàu vaøo kia noái ñieåm chung O). R2 a) Sô ñoà vôùi khueách ñaïi ngöôïc: U2 = −U1 R1  R2  b) Sô ñoà vôùi khueách ñaïi thuaän: U2 = U11 +   R1  1 + R2 / R1 R2 c) Sô ñoà so leäch: Uo = U2 − U1 1 + R3 / R1 R1 Sô ñoà khueách ñaïi thuaän so vôùi khueách ñaïi nghòch coù ñieän trôû vaøo lôùn hôn vaø tín hieäu vaøo vaø ra khoâng ñoåi daáu. Caùc sô ñoà thoâng duïng cuûa KÑTT coù ñieän trôû noái tieáp cho ôû hình 2.12. n Ro Sô ñoà hình d coù chöùc naêng coäng ñaïi soá caùc tín hieäu vaøo Uo = − ∑ U J j =1 RJ Sô ñoà hình e laø sô ñoà bieán ñoåi doøng thaønh aùp. ω1 vaø ω2 laø voøng cuûa BI trung gian neáu ω1 = 1 I R thì ñieän aùp ra laø U = 1 ω2 R2 R1 U2 Umax - Umax R1 U Umax 1 U1 + Umax U2 U R1 U 1 + -U 1 max Umax R 3 R2 a) b) R Ro R2 R U1 U1 1 R2 I R U Uo o U2 + + Umax Un U W2 W U2 U R 1 R3 max n + Uo -U max c) d) e) Hình 2.12 Caùc sô ñoà thoâng duïng cuûa KÑTT vaø ñaëc tuyeán laøm vieäc Neáu bieát tyû soá doøng ñieän ngaén maïch, soá voøng ω2 trò soá cuûa R ñöôïc tính U ω R = m 2 kIdm vôùi Um laø ñieän theá cöïc ñaïi ñaáu ra cuûa KÑTT.
45 Trong caùc sô ñoà treân, ñieåm laøm vieäc ñöôïc giôùi haïn trong ñoaïn khueách ñaïi tuyeán tính, nghóa laø |Uvaøo | hay | U1 - U2| nhoû hôn Utt max vôùi Utt - ñieän theá tuyeán tính cöïc ñaïi. Neáu nhöõng ñieän theá vaøo naøy lôùn hôn Utt max thì ñieän theá ra ñaït trò soá giôùi haïn laø + Umax , nhoû hôn aùp nguoàn moät ít. Do heä soá khueách ñaïi cuûa KÑTT raát lôùn neáu Rvaøo → ∞ vaø Utt max raát nhoû, coù theå xem Utt max ≈ 0. Töø ñoù coù theå xem Uvaøo > 0 hay U1 > U2 thì Ura = Ura max . Nhö vaäy, coù theå xem KÑTT laøm vieäc trong tröôøng hôïp naøy nhö phaàn töû so saùnh. Trong hình 2.13a, U1 laø tín hieäu vaøo hình sin coøn U2 laø nguoàn moät chieàu. Ñaàu ra seõ chuyeån traïng thaùi khi U1 = U2 vaø ñieän aùp ra coù daïng xung vuoâng. Neáu U1 laø hình sin khoâng thay ñoåi chu kyø thì chieàu roäng xung phuï thuoäc vaøo U2. Hình 2.13b cho sô ñoà so saùnh moät tín hieäu vôùi moät tín hieäu chuaån hay cuøng luùc so saùnh nhieàu tín hieäu khaùc nhau vaø ñaëc tuyeán laøm vieäc cuûa noù. Hình 2.13c cuõng töông töï nhö sô ñoà treân nhöng coù theå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ñaàu ra. Hình 2.13d cho sô ñoà daïng Smith trigger. Ñaëc tuyeán laøm vieäc kieåu töø treã. Sô ñoà naøy ñöôïc duøng roäng raõi trong caùc maïch baûo veä. Ñieän aùp ngöôõng ñi vaø veà ñöôïc xaùc ñònh baèng bieåu thöùc R1 R2 R1 R2 Un1 = Eñ + Umax ; Un2 = Eñ − Umax R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2 U1 U2 R1 Ura U R 1 E 1 U R2 ñ U1 ra R2 -U d Ura U + 2 + Un Ura Ura max a) b) R4 Ura R +E U E 5 ra R R1 R 6 R 6 E 1 U Ura ñ U R2 - ra U + -E ñ + Eñ R2 R R3 5 E R2 Ura R4 -E R1 Ura max d) c) Hình 2.13 KÑTT laøm vieäc nhö boä so saùnh Chieàu roäng cuûa khoaûng treã Un1 – Un2 taêng khi taêng tyû soá R2/R1. Duøng KÑTT ta cuõng coù theå thöïc hieän caùc sô ñoà vi phaân vaø tích phaân nhö sau: Trong sô ñoà vi phaân (H.2.14a), trò soá ñieän aùp töùc thôøi tyû leä vôùi ñaïo haøm cuûa ñieän aùp vaøo. Ura dUv = i1.R1, khi ñoù i = C 1 1 dt
46 C1 R1 C R Uv 1 U Ura U + + ra - - a) b) Hình 2.14 Sô ñoà vi phaân vaø tích phaân duøng KÑTT dU Töø ñoù U = R C v ra 1 1 dt Ñieän aùp ra cuûa sô ñoà tích phaân tyû leä vôùi tín hieäu vaøo trong khoaûng thôøi gian tích phaân. Ñieän aùp ra cuûa sô ñoà tích phaân ñôn giaûn (H.2.14b) baèng 1 t Ur = − ∫ Uvdt R1C1 0 Phaàn treân vöøa giôùi thieäu vaøi sô ñoà cô baûn thoâng duïng cuûa KÑTT. Ngöôøi ta coù theå duøng KÑTT ñeå cheá taïo nhöõng phaàn chöùc naêng khaùc nhau cuûa baûo veä. 2.3 BAÛO VEÄ DUØNG KYÕ THUAÄT SOÁ VI XÖÛ LYÙ 2.3.1 Caáu truùc rôle kyõ thuaät soá vi xöû lyù Trong thôøi gian gaàn ñaây, ngöôøi ta coù khaû naêng xöû lyù moät khoái löôïng lôùn thoâng tin trong moät thôøi gian raát ngaén ñoái vôùi cheá ñoä laøm vieäc cuûa trang thieát bò ñieän ñöôïc baûo veä. Hieän nay, trong heä thoáng ñieän nhöõng thoâng tin naøy ñöôïc xöû lyù baèng maùy vi tính. Do ñoù, ñaõ taïo neân moät söï thay ñoåi quan troïng trong vieäc thöïc hieän cuûa heä thoáng baûo veä. Vieäc söû duïng heä thoáng vi tính thieát keá, thöïc hieän caùc phaàn cuûa baûo veä ñang laø vaán ñeà thôøi söï. Cuõng töông töï nhö caùc baûo veä thöïc hieän baèng ñieän cô, ñieän töû, baûo veä baèng vi tính kyõ thuaät soá cuõng coù nhöõng phaàn chöùc naêng ño löôøng, taïo thôøi gian, phaàn logic hoaït ñoäng theo chöông trình ñònh tröôùc ñeå ñi ñieàu khieån caùc maùy caét. Vôùi khaû naêng linh ñoäng cuûa caùc rôle duøng kyõ thuaät soá, ngoaøi chöùc naêng phaùt hieän ngaén maïch, coøn laøm nhieäm vuï ño löôøng, ñònh vò trí söï coá, löu tröõ caùc hieän töôïng tröôùc vaø sau thôøi ñieåm ngaén maïch, phaân tích döõ lieäu heä thoáng, deã daøng giao tieáp vôùi caùc baûo veä khaùc, hieån thò thoâng tin roõ raøng cho ngöôøi söû duïng. Sau ñaây giôùi thieäu sô löôïc nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa moät rôle kyõ thuaät soá. Moät rôle kyõ thuaät soá coù theå bao goàm caùc boä phaän: boä bieán ñoåi I sang V, boä loïc, boä chænh löu chính xaùc, boä dòch pha, boä phaùt hieän ñi qua ñieåm zero, boä choïn keânh, maïch laáy maãu vaø giöõ, boä bieán ñoåi ADC, boä vi xöû lyù, boä xuaát nhaäp, caùc tieáp ñieåm rôle ñieàu khieån Tín hieäu töø maùy bieán ñieän aùp vaø tín hieäu töø maùy bieán doøng sau khi ñaõ ñöôïc bieán ñoåi thaønh tín hieäu aùp töông öùng ñöôïc cho qua boä loïc ñeå traùnh loãi giaû. Sau khi qua boä loïc, caùc tín hieäu naøy seõ ñöôïc cho qua (hay khoâng qua) boä chænh löu chính xaùc vaø ñaàu ra seõ ñöôïc ñöa vaøo boä choïn keânh. Boä vi xöû lyù trung taâm seõ göûi leänh ñeán boä choïn keânh ñeå môû ra keânh mong muoán. Ñaàu ra cuûa boä choïn keânh seõ ñöa vaøo boä bieán ñoåi A/D, ñeå bieán tín hieäu töông töï thaønh tín hieäu daïng soá. Nguyeân lyù bieán ñoåi tín hieäu phaûi qua maïng laáy maãu vaø giöõ cho tín hieäu ñieän aùp töùc thôøi khoâng thay ñoåi trong chu kyø bieán ñoåi.
47 PC Ño ñöôøng Loïc ADC Giao tieáp Baøn noái tieáp phím Laáy maãu giöõ khueách ñaïi Tín hieäu chænh löu Töø BI, BU Boä xuaát doøng aùp nhaäp Choïn keânh ADC Boä nhôù 0001 Boä vi ROM 0101 Xöû lyù RAM 0011 EEPROM EPROM KT töông töï KT töông töï Kyõ thuaät soá Tieáp ñieåm 100V/1A.5A 10V ñieàu khieån Hình 2.15 Sô ñoà khoái cuûa baûo veä baèng vi xöû lyù Ñaàu ra cuûa boä bieán ñoåi AD laø tín hieäu soá töông öùng vôùi tín hieäu töông töï ñaàu vaøo vaø ñöôïc ñöa vaøo boä vi xöû lyù. Taùc ñoäng lieân thoâng giöõa boä vi xöû lyù trung taâm vôùi boä nhôù (chöông trình phaàn meàm) cho pheùp ño trò soá ñaët, xaùc ñònh ñaëc tuyeán khôûi ñoäng cuûa baûo veä theo chöông trình ñònh tröôùc, xaùc ñònh thôøi gian laøm vieäc, logic taùc ñoäng, töï ñoäng thay ñoåi söï quan heä trong phaàn logic phuï thuoäc vaøo caùc tín hieäu töø caùc ñoái töôïng ñöôïc baûo veä, vaø sau cuøng cho quyeát ñònh ñi ñieàu khieån maùy caét, thoâng qua caùc boä xuaát nhaäp, DAC, tieáp ñieåm rôle ñoái vôùi ngoõ rôle caàn xaùc ñònh höôùng coâng suaát, thì caùc boä dòch pha vaø boä phaùt hieän tín hieäu ñi qua ñieåm zero coù theå ñöôïc duøng. 1- Boä vi xöû lyù Boä vi xöû lyù laø moät thieát bò soá laäp trình ñöôïc, noù coù theå thöïc hieän taát caû caùc chöùc naêng nhö moät CPU cuûa moät maùy tính vaø noù ñöôïc cheá taïo thaønh moät khoái IC baèng kyõ thuaät VLSI. Noù laø söï phaùt trieån môùi nhaát trong laõnh vöïc kyõ thuaät maùy tính. Noù coù theå tìm kieám nhöõng chæ thò trong boä nhôù, giaûi maõ vaø thi haønh nhöõng chæ thò ñoù, thöïc hieän nhöõng pheùp toaùn soá hoïc vaø luaän lyù, nhaän döõ lieäu töø thieát bò nhaäp vaø gôûi keát quaû cho thieát bò xuaát. Phaàn chính cuûa moät boä vi xöû lyù gioáng nhö moät CPU thoâng thöôøng, nghóa laø bao goàm: boä soá hoïc vaø luaän lyù ( Arithmetic and Logic Unit - ALU ), boä ñònh thì vaø ñieàu khieån ( Timing and Control Unit - TCU ), caùc thanh ghi. Boä vi xöû lyù lieân keát vôùi boä nhôù vaø caùc thieát bò nhaäp xuaát coù daïng nhö moät maùy tính. Vôùi caùc öu ñieåm nhö: giaù thaønh haï, kích thöôùc nhoû, coù theå laäp trình ñöôïc cuûa moät boä vi xöû lyù thích hôïp vôùi nhieàu öùng duïng. Boä vi xöû lyù vaø caùc saûn phaåm khaùc öùng duïng kyõ thuaät LSI hoaëc VLSI ñaõ laøm thay ñoåi maïnh meõ cuûa phaàn lôùn caùc heä thoáng soá. Kích thöôùc töø ( word size ) cuûa moät boä vi xöû lyù laø soá bit (soá nhò phaân) maø noù coù theå ñöôïc xöû lyù noái tieáp hoaëc song song cuøng moät luùc. Ngaøy nay, nhöõng boä vi xöû lyù vôùi kích thöôùc töø khaùc nhau nhö laø 4, 8, 16, 32 vaø 64 bit ñöôïc söû duïng roäng raõi treân thò tröôøng. 2- Caùc thieát bò nhaäp xuaát Boä vi xöû lyù lieân laïc vôùi theá giôùi beân ngoaøi thoâng qua caùc thieát bò nhaäp xuaát. Noù nhaän döõ lieäu nhò phaân vaø caùc chæ thò töø thieát bò nhaäp vaø gôûi keát quaû ñaõ xöû lyù ñeán thieát bò xuaát. Caùc thieát bò nhaäp xuaát coøn ñöôïc goïi laø caùc thieát bò ngoaïi vi:
48 Thieát bò nhaäp : baøn phím, boä bieán ñoåi töông töï soá Boä caûm bieán : duøng ñeå nhaän bieát caùc thoâng soá vaät lyù thay ñoåi vaø bieán ñoåi chuùng thaønh daïng ñieän töû ñeå ñöa vaøo cuûa boä xöû lyù. Maøn hình : duøng ñeå bieán ñoåi tín hieäu ra thaønh daïng maø con ngöôøi coù theå ñoïc ñöôïc. Thieát bò xuaát : duøng ñeå dòch caùc tín hieäu ngoõ ra ôû daïng logic sang tín hieäu ñieän hoaëc cô ôû daïng töông töï (ñeøn baûy ñoaïn, LEDS, maùy in, boä bieán ñoåi soá töông töï ). Caùc thieát bò treân coù theå ñöôïc ñoøi hoûi coù hoaëc khoâng, noù phuï thuoäc vaøo caùc öùng duïng maø boä vi xöû lyù ñang ñöôïc söû duïng ñoøi hoûi. Söï truyeàn döõ lieäu giöõa caùc thieát bò nhaäp xuaát vaø boä vi xöû lyù thoâng qua caùc coång xuaát nhaäp. Caùc thieát bò xuaát nhaäp ñöôïc giao tieáp vôùi boä vi xöû lyù qua caùc coång xuaát nhaäp nhö ôû hình 2.16. Thanh ghi ñòa chæ Thieát bò nhaäp Coång Boä nhaäp Thanh ghi döõ lieäu vi xuaát xöû Thieát bò lyù xuaát Thanh ghi döõ lieäu Hình 2.16 3- Boä nhôù Boä vi xöû lyù caàn coù boä nhôù ñeå löu tröõ chöông trình vaø döõ lieäu. Boä nhôù laø söï taäp hôïp caùc thanh ghi, moãi thanh ghi löu tröõ moät töø coù soá bit khaùc nhau. Boä nhôù baùn daãn coù hai loaïi: ROM vaø RAM. RAM: laø boä nhôù chuû yeáu trong maùy tính vaø ñöôïc goïi laø loaïi thay ñoåi ñöôïc, bôûi vì döõ lieäu löu tröõ trong RAM seõ bò maát khi noù bò maát nguoàn. Coù hai loaïi RAM tónh vaø RAM ñoäng. RAM tónh söû duïng deã daøng hôn nhöng giaù thaønh ñaét hôn loaïi ñoäng. RAM ñoäng caàn chu kyø laøm töôi boä nhôù ñeå baûo quaûn nhöõng thoâng tin ñöôïc löu tröõ. RAM ñöôïc duøng khi chöông trình hoaëc döõ lieäu ñoøi hoûi phaûi ñöôïc löu tröõ cuõng nhö thay ñoåi khi caàn thieát. RAM cuõng ñöôïc duøng ñeå löu tröõ tín hieäu ño löôøng doøng aùp trong moät khoaûng thôøi gian cho muïc ñích ghi nhaän daïng söï coá. Töø moät vò trí baát kyø coù theå ñöôïc truy xuaát maø khoâng caàn quan taâm ñeán nhöõng vò trí khaùc. Noù cuõng ñöôïc goïi laø boä nhôù truy xuaát tröïc tieáp. ROM: ñöôïc duøng khi löu tröõ nhöõng chöông trình coá ñònh. Noù ñöôïc goïi laø boä nhôù khoâng thay ñoåi vaø döõ lieäu khoâng bò maát khi maát nguoàn. ROM coù theå reû hôn vaø nhanh hôn RAM. Coù caùc loaïi ROM sau: - Loaïi ñöôïc laäp trình saün, döõ lieäu chöông trình ñöôïc vieát vaøo ROM khi saûn xuaát. - Loaïi cho pheùp ngöôøi duøng ñöôïc laäp trình nhö Programmable ROM (PROM) hoaëc loaïi coù theå laäp trình vaø xoùa nhö EPROM. EEPROM: ñöôïc duøng ñeå chöùa caùc trò soá ñaët cuûa rôle.