Vai trò của rơ le bảo vệ trong hệ thống điện

Rơ le bảo vệ là các thiết bị điện từ hoạt động dựa trên tính năng của cuộn dây điện từ tác động tới bộ phận truyền động để phát hiện rủi ro từ dòng điện. Với tính chất cần tác động nhanh chóng để bảo vệ mạch điện, bảo vệ thiết bị điện, rơ le bảo vệ đều được thiết kế để tác động lên máy cắt chỉ sau vài phần nghìn trên 1 giây. Hầu hết đường dây truyền tải hay hệ thống điện trên thế giới đều sở hữu rơ le.

Rơ le kỹ thuật số hiện đại hoạt động tương tự các dòng rơ le cũ và hỗ trợ nhiều loại bảo vệ hay giám sát, mà đa phần các loại rơ le trước kia chỉ xử lý được 1 trường hợp. Thay vì sử dụng nhiều rơ le cơ thì có thể lắp đặt 1 rơ le kỹ thuật số cho mạch điện, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và chi phí bảo trì.

Nguyên lý hoạt động chung của rơ le bảo vệ

Hai nguyên lý hoạt động chính của các loại rơ le bảo vệ là nguyên lý hút và nguyên lý cảm ứng từ. Công cụ hoạt động có thể là mảng đĩa cảm ứng, mạng dịch chuyển pha, nam châm có cực từ xẻ rãnh, cuộn dây,…

Một rơ le có thể sử dụng nhiều cuộn dây làm việc để điều khiển độ nhạy của cảm ứng trong mạch từ 1 rơ le khác. Bên cạnh đó, rơ le có thể hoạt động kết hợp cả mô men làm việc và mô men hãm. Rơ le có thể phản ứng ngược lại với hướng dòng điện khi sử dụng nam châm vĩnh cửu. Đây là các loại rơ le phân cực, được dùng trong mạch điện 1 chiều. Các rơ le này duy trì 1 tiếp điểm mạch khi không có dòng qua cuộn dây và cần dòng điện ngược để reset. Với rơ le cho mạch xoay chiều, nguyên tắc này được mở rộng qua 1 cuộn dây phân cực nối với nguồn điện áp tham chiếu.

Các loại rơ le bảo vệ – phân theo chức năng

Các chức năng khác nhau tương ứng loại rơ le bảo vệ khác nhau. Các chức năng này được đánh số theo tiêu chuẩn ANSI. Một số loại relay bảo vệ thông dụng là:

Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt thường được lắp chung với contactor, là dòng rơ le bảo vệ mạch điện khỏi quá tải gây sinh nhiệt, được dùng chủ yếu cho mạch hạ thế. Loại rơ le này có bộ cảm biến nhiệt bên trong dùng để đo nhiệt độ vật liệu.

Rơ le bảo vệ lệch dòng điện

Rơ le bảo vệ lệch dòng hoạt động dựa trên định luật Kirchhoff dòng điện: tổng dòng điện vào và ra một nút bằng 0. Khi lắp rơ le lệch dòng cần bố trí các máy biến dòng tại mỗi đầu đường dây hoặc hai bên máy biến áp để rơ le so sánh chênh lệch. Loại rơ le này được dùng để bảo vệ máy biến áp, máy phát, thanh cái và đường dây.

Rơ le bảo vệ quá dòng

Rơ le bảo vệ quá dòng sẽ kích hoạt khi dòng tải trên mạch vượt quá giá trị tác động cài đặt trước. Số thiết bị ANSI 50 và 51 đại diện cho bảo vệ quá dòng tức thời IOC và bảo vệ quá dòng có thời gian TOC. Khi lắp đặt, rơ le quá dòng thường kết nối với máy biến dòng đo lường và tùy chỉnh để hoạt động với giá trị dòng điện cụ thể. 

Rơ le đồng bộ

Rơ le đồng bộ được dùng để hòa lưới điện khi pha và tần số hai nguồn bằng nhau, kết nối với nhau như tại trạm phân phối nhận hai hệ thống lưới điện, tại máy cắt đầu nguồn máy phát để đảm bảo máy được đồng bộ hóa với hệ thống điện.

Rơ le trung gian

Rơ le trung gian có số lượng tiếp điểm lớn, được sử dụng nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và sơ đồ điều khiển tự động. Tiếp điểm của rơ le này có từ 4 đến 6, vừa có NO vừa có NC nên rơ le trung gian được dùng để truyền tín hiệu trong trường hợp rơ le chính không đáp ứng được yêu cầu hệ thống về chia tiếp điểm, truyền tín hiệu. Trong bảng mạch điều khiển điện tử, loại rơ le bảo vệ này được dùng làm phần tử đầu ra truyền tín hiệu cho mạch phía sau và cách ly được điện áp khác nhau giữa phần điều khiển và phần chấp hành.

Rơ le tốc độ

Rơ le tốc độ hoạt động dựa trên đo lường tốc độ quay của thiết bị đấu nối, liên kết tới tiếp điểm. Khi tốc độ quay vượt qua mức định sẵn, rơ le sẽ tác động làm mở tiếp điểm thường đóng và ngắt mạch. Các loại rơ le tốc độ gồm rơ le tốc độ kiểu ly tâm, rơ le tốc độ kiểu cảm ứng và rơ le tốc độ kiểu máy phát.

Rơ le bảo vệ mất pha

Rơ le bảo vệ mất pha là thiết bị dùng để phát hiện sự cố mất pha thông qua trạng thái tiếp điểm bên trong. Khi hệ thống hoạt động bình thường, các tiếp điểm sẽ đóng nhưng khi mất pha, các tiếp điểm mở ra để cảnh báo. Một số rơ le mất pha còn có thêm chức năng bảo vệ quá áp, thấp áp, ngược pha, hoặc cân bằng pha.

Rơ le khoảng cách

Rơ le khoảng cách được dùng phổ biến cho hệ thống truyền tải điện cao áp. Đường dây điện có trở kháng trên 1km và so sánh điện áp – dòng điện khoảng cách đến một lỗi có thể xác định. Loại rơ le bảo vệ này có thể gọi là rơ le trở kháng do có tính toán các sự cố đường dây. Loại rơ le này được chia thành một số loại như khoảng cách trở kháng, khoảng cách điện kháng, khoảng cách mho và khoảng cách chênh lệch.

Rơ le thời gian

Rơ le thời gian là thiết bị tạo độ trễ để điều chỉnh thời gian đóng ngắt các tiếp điểm điện, hoạt động như một cầu nối trung gian giữa thiết bị điều khiển và thiết bị vận hành trong các mạch tự động. Rơ le này giúp tắt các thiết bị khi không sử dụng để tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ. Thời gian đóng ngắt có thể điều chỉnh, được đo bằng mili giây, giây, phút hoặc giờ tùy thuộc vào yêu cầu hệ thống.

Rơ le định hướng

Rơ le định hướng sử dụng nguồn phân cực bổ sung của điện áp hoặc dòng điện để tìm hướng của sự cố, có thể nằm phía đầu nguồn hoặc phụ tải so với rơ le. Sau đó rơ le gửi tín hiệu tới các thiết bị bảo vệ thích hợp tương ứng mỗi đầu.

Các loại rơ le bảo vệ – phân theo cấu tạo

Khi phân chia theo cấu tạo, rơ le bảo vệ gồm 3 loại chính là tĩnh, điện cơ và kỹ thuật số. Một số điểm đặc trưng của các loại rơ le này như sau:

• Rơ le bảo vệ điện cơ: Hoạt động với các nguyên lý nhiệt, cơ khí, động cơ, cảm ứng và dịch chuyển cuộn dây.
• Rơ le bảo vệ tĩnh: Có độ nhạy cao hơn loại điện cơ và có nguyên lý hoạt động tương tự.
• Rơ le bảo vệ kỹ thuật số: Tích hợp nhiều chức năng của các loại rơ le điện cơ, tự kiểm tra tình trạng hoạt động, có thể có chức năng giám sát và thu thập dữ liệu.

Các loại rơ le bảo vệ hiện nay đang được sử dụng rộng rãi cho phần lớn hệ thống điện truyền tải, công nghiệp, thương mại và cả dân dụng. Với cấu tạo và chức năng đa dạng, rơ le đáp ứng được mọi yêu cầu phát hiện sự cố và đóng ngắt kịp thời. Trong số đó, rơ le nhiệt được sử dụng phổ biến hơn cả cho mạch thông dụng. Tham khảo catalogue thông số kỹ thuật dòng rơ le này từ BTB Electric tại: https://btb-electric.com/vi/ro-le-nhiet/