Rơ le dòng điện là gì – Nguyên lý làm việc của rơ le điện áp

Trong kỹ thuật điện, rơ le điện áp bảo vệ là một thiết bị được thiết kế để ngắt cầu dao khi phát hiện sự cố. Các rơ le dòng điện là thiết bị điện từ, dựa vào các cuộn dây hoạt động trên các bộ phận chuyển động để phát hiện các điều kiện hoạt động bất thường như quá dòng, quá áp, dòng công suất ngược, quá tần số và dưới tần số.

Rơ le dòng điện là gì?

Khái niệm

Rơ le dòng điện là một thành phần quan trọng trong hệ thống điện, được thiết kế để bảo vệ, điều khiển và kiểm soát dòng điện trong mạch điện. Nguyên lý hoạt động của rơ le dòng điện dựa trên nguyên tắc của hiệu ứng từ, trong đó dòng điện đi qua cuộn dây dẫn của rơ le tạo ra một trường từ. Khi dòng điện đạt đến hoặc vượt qua một ngưỡng được thiết lập trước, trường từ này sẽ kích hoạt các cơ chế cơ khí hoặc điện tử trong rơ le, làm thay đổi trạng thái hoạt động của nó.

Rơle dòng điện thường được sử dụng để bảo vệ hệ thống điện khỏi những tác động tiêu cực của quá dòng, như cháy nổ hoặc hỏng hóc thiết bị. Khi dòng điện vượt quá mức an toàn, rơ le điện áp sẽ ngắt mạch hoặc giảm dòng điện để bảo vệ thiết bị. Nó cũng có thể được sử dụng để kiểm soát tải, tức là điều chỉnh hoặc ngắt mạch tải để duy trì dòng điện ổn định trong hệ thống.

Nguyên lý làm việc của rơ le dòng điện

Rơle dòng điện là một thành phần quan trọng trong hệ thống điện, được sử dụng để kiểm soát và bảo vệ dòng điện trong mạch điện. Nguyên lý hoạt động của rơ le dòng điện dựa trên hiệu ứng từ của dòng điện đi qua dây dẫn, tạo ra một trường từ xung quanh dây. Khi dòng điện vượt qua một ngưỡng cụ thể, trường từ này sẽ kích hoạt rơ le, làm cho nó chuyển trạng thái từ một vị trí hoạt động sang một vị trí ngắt mạch hoặc ngược lại.

Cụ thể, cấu tạo rơ le điện áp thường bao gồm một cuộn dây dẫn và một bộ cảm biến dòng điện. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn, nó tạo ra một trường từ. Bộ cảm biến dòng điện phát hiện sự thay đổi trong trường từ này khi dòng điện vượt qua một ngưỡng quy định. Khi sự thay đổi đạt đến mức đã được thiết lập, bộ điều khiển của rơ le sẽ kích hoạt một cơ chế cơ học hoặc điện tử, làm thay đổi trạng thái của rơ le.

Nguyên lý làm việc của rơ le dòng điện

Rơ le bảo vệ cũng có thể được phân loại theo loại phép đo mà chúng thực hiện.  Một rơle bảo vệ có thể đáp ứng với mức độ của một đại lượng như điện áp hoặc dòng điện.

Rơ le điện áp cơ điện hoạt động bằng lực hút từ hoặc cảm ứng từ. Không giống như rơ le trung gian cơ điện loại chuyển mạch có ngưỡng điện áp hoạt động cố định thường không xác định và thời gian hoạt động, rơle bảo vệ có các đặc tính hoạt động với thời gian và dòng điện (hoặc thông số vận hành khác) được thiết lập tốt, có thể lựa chọn và điều chỉnh.

Bằng cách sử dụng một nam châm vĩnh cửu trong mạch từ , một rơ le điện từ có thể được chế tạo để đáp ứng dòng điện theo một hướng khác với một hướng khác. Các rơle phân cực như vậy được sử dụng trên các mạch dòng điện một chiều để phát hiện, ví dụ, dòng điện ngược vào máy phát điện.

Các rơ le này có thể được tạo thành và duy trì một tiếp điểm đóng không có dòng điện cuộn dây và yêu cầu đặt lại dòng điện ngược. Đối với mạch điện xoay chiều, nguyên tắc được mở rộng với cuộn dây phân cực được nối với nguồn điện áp chuẩn.

Các tiếp điểm nhẹ làm cho các rơ le trung gian nhạy hoạt động nhanh chóng, nhưng các tiếp điểm nhỏ không thể mang hoặc phá vỡ dòng điện nặng. Thường thì rơ le đo sẽ kích hoạt rơ le phần ứng kiểu điện thoại phụ.

Các loại rơ le trung gian

Phân loại Rơ le điện từ theo cấu tạo

Rơ le kiểu “phần ứng”:  có một cần xoay được hỗ trợ trên bản lề hoặc trục có cạnh dao, mang một tiếp điểm chuyển động. Các rơle này có thể hoạt động trên cả dòng điện xoay chiều hoặc một chiều. Bởi vì khe hở không khí giữa cuộn dây cố định và phần ứng chuyển động trở nên nhỏ hơn nhiều khi rơ le trung gian hoạt động, dòng điện cần thiết để duy trì rơle đóng nhỏ hơn nhiều so với dòng điện để vận hành nó.

Máy đo “cuộn dây chuyển động” sử dụng một vòng dây quay trong một nam châm đứng yên, tương tự như điện kế nhưng có cần tiếp xúc thay vì kim chỉ thị. Chúng có thể được thực hiện với độ nhạy rất cao. Một loại cuộn dây chuyển động khác treo cuộn dây từ hai dây dẫn điện, cho phép cuộn dây di chuyển rất lâu.

Rơ le quá dòng đĩa cảm ứng: Máy đo đĩa “cảm ứng” hoạt động bằng cách tạo ra các dòng điện trong một đĩa quay tự do; chuyển động quay của đĩa vận hành một tiếp điểm. Rơle cảm ứng yêu cầu dòng điện xoay chiều; nếu hai hoặc nhiều cuộn dây được sử dụng, chúng phải ở cùng tần số nếu không sẽ không tạo ra lực vận hành thuần.

Các rơ le điện từ này sử dụng nguyên lý cảm ứng do Galileo Ferraris phát hiện vào cuối thế kỷ 19. Hệ thống từ tính trong rơ le quá dòng dạng đĩa cảm ứng được thiết kế để phát hiện quá dòng trong hệ thống điện và hoạt động với thời gian trễ xác định trước khi đã đạt đến giới hạn quá dòng nhất định. Để hoạt động, hệ thống từ trường trong rơle tạo ra mô men xoắn tác dụng lên đĩa kim loại để tạo tiếp điểm.

Các loại Rơ le trung gian theo chức năng

Các chức năng bảo vệ khác nhau có sẵn trên một rơle nhất định được biểu thị bằng số thiết bị ANSI tiêu chuẩn:

Rơ le điện từ quá dòng: Một rơle quá dòng là một loại rơle bảo vệ mà hoạt động khi tải hiện tại vượt quá một giá trị đã định trước. Nó có hai loại: rơ le quá dòng tức thời (IOC) và rơle quá dòng thời gian xác định (DTOC).

Số thiết bị ANSI là 50 đối với rơle IOC hoặc rơle DTOC. Trong một ứng dụng điển hình, rơle quá dòng được kết nối với máy biến dòng và được hiệu chỉnh để hoạt động bằng hoặc cao hơn mức dòng cụ thể. Khi rơle hoạt động, một hoặc nhiều tiếp điểm sẽ hoạt động và cung cấp năng lượng để ngắt một cầu dao.

Rơ le quá dòng có thời gian xác định: là một rơle mà hoạt độngtrong một thời gian xác định khi dòng điện  hiện tại vượt quá giá trị định mức. Các loại rơle này có phạm vi cài đặt hiện tại cũng như phạm vi cài đặt thời gian.

Rơ le quá dòng tức thời: Một rơle quá dòng tức thời là một rơ le quá dòng mà không có thời gian trễ cố ý cho hoạt động. Tiếp điểm của rơle được đóng ngay lập tức khi dòng điện bên trong rơle tăng vượt quá giá trị hoạt động. Khoảng thời gian giữa giá trị nhận tức thời và các tiếp điểm đóng của rơle là rất thấp. Nó có thời gian hoạt động thấp và bắt đầu hoạt động ngay lập tức khi giá trị của dòng điện lớn hơn cài đặt. Rơ le điện áp này chỉ hoạt động khi trở kháng giữa nguồn và rơle nhỏ hơn trở kháng được cung cấp.

Rơ le quá dòng nghịch thời gian: Một rơle ngược thời gian quá dòng (ITOC) là một rơle quá dòng mà hoạt động tỉ lệ nghịch với độ lớn của dòng điện. Thời gian hoạt động của rơle giảm khi dòng điện tăng lên. Hoạt động của rơ le phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện.

Mặc dù việc sử dụng rơ le dòng điện phổ biến hơn, nhưng có thể sử dụng chế độ hoạt động để bảo vệ điện áp. Có thể lập trình các tùy chỉnh trong một số rơ le bảo vệ. Một số rơle số có thể được sử dụng để cung cấp bảo vệ quá áp nghịch thời gian hoặc bảo vệ quá dòng thứ tự âm.

Rơ le khoảng cách: còn được gọi là rơle trở kháng , khác về nguyên tắc với các dạng bảo vệ khác ở chỗ hiệu suất của chúng không bị chi phối bởi cường độ dòng điện hoặc điện áp trong mạch được bảo vệ mà phụ thuộc vào tỷ số của hai đại lượng này. Rơ le khoảng cách thực chất là rơle đại lượng kích hoạt kép với một cuộn được cấp điện bằng điện áp và cuộn kia được cấp điện bằng dòng điện.

Phần tử dòng điện tạo ra mômen dương trong khi phần tử điện áp tạo ra mômen âm hoặc mômen đặt lại. Rơ le chỉ hoạt động khi tỷ số V / I giảm xuống dưới một giá trị xác định trước (hoặc giá trị đặt). Trong sự cố trên đường dây tải điện, dòng điện sự cố tăng lên và điện áp tại điểm sự cố giảm xuống.

Rơ le định hướng: Một rơle định hướng sử dụng một nguồn phân cực bổ sung của điện áp hoặc dòng điện để xác định hướng của sự cố. Các phần tử hướng phản ứng với sự chuyển pha giữa một đại lượng phân cực và một đại lượng vận hành. Sự cố có thể nằm ở phía trên hoặc phía dưới vị trí của rơ le, cho phép các thiết bị bảo vệ thích hợp được vận hành bên trong hoặc bên ngoài vùng bảo vệ.

Một số câu hỏi liên quan đến rơ le trung gian và nguyên lý làm việc của rơ le điện áp