Rơ le bảo vệ: Vai trò, nguyên lý hoạt động và phân loại

Lê Hồng Phong

Rơle bảo vệ là tên gọi chung cho các loại rơle có chức năng nhận biết sự cố trên mạch điện nhằm bảo vệ hệ thống, thiết bị. Trong bài viết dưới đây KTH ELECTRIC sẽ tổng hợp các dòng rơle bảo vệ thông dụng và ứng dụng của các thiết bị này.

Vai trò của rơle bảo vệ trong hệ thống điện

Rơle bảo vệ là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên đặc tính của cuộn dây điện từ tác động lên các bộ phận truyền động nhằm phát hiện rủi ro từ dòng điện. Với nhu cầu tác động nhanh chóng để bảo vệ mạch điện và các thiết bị điện, rơle bảo vệ được thiết kế để tác động lên cầu dao chỉ trong vài phần nghìn giây. Hầu hết các đường dây truyền tải hoặc hệ thống điện trên thế giới đều có rơle.

Rơle kỹ thuật số hiện đại hoạt động tương tự như rơle cũ và hỗ trợ nhiều loại bảo vệ hoặc giám sát, trong khi hầu hết các rơle trước đây chỉ có thể xử lý một trường hợp. Thay vì sử dụng nhiều rơle cơ, có thể lắp 1 rơle số cho mạch điện, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và bảo trì.

Nguyên lý hoạt động chung của rơle bảo vệ

Hai nguyên lý hoạt động chính của rơle 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 pha, nam châm có cực từ có rãnh, cuộn dây, v.v.

Rơle có thể sử dụng nhiều cuộn dây làm việc để điều khiển độ nhạy cảm ứng trong mạch từ một rơle khác. Ngoài ra, rơle có thể hoạt động kết hợp với cả mômen làm việc và mômen phanh. Rơle có thể phản ứng ngược lại với hướng dòng điện khi sử dụng nam châm vĩnh cửu. Đây là những rơle phân cực, được sử dụng trong các mạch điện 1 chiều. Các rơle này duy trì tiếp điểm mạch khi không có dòng điện qua cuộn dây và yêu cầu dòng điện ngược để thiết lập lại. Với rơle cho mạch điện xoay chiều, nguyên tắc này được mở rộng thông qua một cuộn dây phân cực được nối với nguồn điện áp tham chiếu.

Các loại rơle bảo vệ – phân loại theo chức năng

Các chức năng khác nhau tương ứng với các loại rơle bảo vệ khác nhau. Các chức năng này được đánh số theo tiêu chuẩn ANSI. Một số loại rơle bảo vệ phổ biến là:

Rơle nhiệt

Rơle nhiệt Thường được lắp đặt kèm contactor, nó là rơle có chức năng bảo vệ mạch điện khỏi quá tải gây sinh nhiệt, sử dụng chủ yếu cho các mạch điện hạ thế. Loại rơle này có cảm biến nhiệt bên trong dùng để đo nhiệt độ vật liệu.

Rơle bảo vệ độ lệch dòng điện

Rơle bảo vệ độ lệch dòng điện hoạt động dựa trên định luật hiện hành của Kirchhoff: tổng dòng điện đi vào và rời khỏi một nút bằng không. Khi lắp đặt rơle lệch dòng cần bố trí các máy biến dòng ở mỗi đầu đường dây hoặc hai bên máy biến áp để rơle có thể so sánh được sự khác biệt. Loại rơle này dùng để bảo vệ máy biến áp, máy phát điện, thanh cái và đường dây.

Rơle bảo vệ quá dòng

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

Rơle đồng bộ

Rơle đồng bộ dùng để đấu nối vào lưới điện khi pha, tần số của 2 nguồn bằng nhau, nối với nhau như tại trạm phân phối tiếp nhận 2 hệ thống lưới điện, tại máy phát điện cắt nguồn để đảm bảo máy được đồng bộ với hệ thống điện.

Rơle trung gian

Rơle trung gian có số lượng tiếp điểm lớn, được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và sơ đồ điều khiển tự động. Các tiếp điểm của rơle này có từ 4 đến 6, có cả NO và NC nên rơle trung gian được sử dụng để truyền tín hiệu trong trường hợp rơle chính không đáp ứng được yêu cầu hệ thống về phân chia tiếp điểm và truyền tín hiệu. Trong các bảng mạch điều khiển điện tử, loại rơle bảo vệ này được sử dụng làm phần tử đầu ra truyền tín hiệu đến mạch phía sau và cách ly sự chênh lệch điện áp giữa bộ phận điều khiển và bộ phận vận hành.

Rơle tốc độ

Rơle tốc độ hoạt động dựa trên việc đo tốc độ quay của thiết bị được kết nối, liên kết với tiếp điểm. Khi tốc độ quay vượt quá mức đặt trước, rơle sẽ mở tiếp điểm thường đóng và ngắt mạch. Các loại rơle tốc độ bao gồm rơle tốc độ ly tâm, rơle tốc độ cảm ứng và rơle tốc độ loại máy phát điện.

Rơle bảo vệ mất pha

Rơle bảo vệ mất pha là thiết bị dùng để phát hiện mất pha thông qua trạng thái tiếp xúc bên trong. Khi hệ thống hoạt động bình thường thì các tiếp điểm đóng nhưng khi mất pha thì các tiếp điểm mở ra để cảnh báo. Một số rơle mất pha còn có chức năng bảo vệ quá điện áp, thấp áp, đảo pha hoặc cân bằng pha.

Rơle khoảng cách

Rơle khoảng cách thường được sử dụng cho các hệ thống truyền tải điện áp cao. Đường dây điện có trở kháng trên 1km và có thể so sánh khoảng cách điện áp – dòng điện với điểm sự cố. Loại rơle bảo vệ này có thể được gọi là rơle trở kháng vì nó tính đến các lỗi đường dây. Loại rơle này được chia thành nhiều loại như khoảng cách trở kháng, khoảng cách điện kháng, khoảng cách mho và khoảng cách vi sai.

Rơle thời gian

Rơle thời gian là thiết bị trễ để điều chỉnh thời gian đóng các tiếp điểm điện, đóng vai trò là cầu nối trung gian giữa thiết bị điều khiển và thiết bị vận hành trong các mạch tự động. Rơle này giúp tắt các thiết bị khi không sử dụng để tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ. Thời gian bật tắt có thể điều chỉnh, được đo bằng mili giây, giây, phút hoặc giờ tùy theo yêu cầu hệ thống.

Rơle định hướng

Rơle định hướng sử dụng một nguồn điện áp hoặc dòng điện bổ sung để tìm ra hướng sự cố, có thể là hướng ngược dòng hoặc ở tải từ rơle. Sau đó, rơle sẽ gửi tín hiệu đến các thiết bị bảo vệ thích hợp tương ứng với từng đầu.

Các loại rơle bảo vệ – phân loại theo cấu tạo

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

• Rơle bảo vệ cơ điện: Hoạt động theo nguyên lý nhiệt, cơ, động cơ, cảm ứng và chuyển vị cuộn dây.
• Rơle bảo vệ tĩnh điện: Có độ nhạy cao hơn loại cơ điện và có nguyên lý hoạt động giống nhau.
• Rơle bảo vệ kỹ thuật số: Tích hợp nhiều chức năng của rơle điện cơ, tự kiểm tra trạng thái hoạt động, có thể có chức năng giám sát và thu thập dữ liệu.

Rơle bảo vệ hiện được sử dụng rộng rãi cho hầu hết các hệ thống truyền tải điện, công nghiệp, thương mại và dân dụng. Với cấu tạo và chức năng đa dạng, rơle đáp ứng mọi yêu cầu về phát hiện sự cố và chuyển mạch kịp thời. Trong số đó, rơle nhiệt được sử dụng phổ biến nhất cho các mạch điện thông dụng. Tham khảo catalog thông số kỹ thuật của dòng rơle này của KTH ELECTRIC tại: https://btb-electric.com/vi/ro-le-nhiet/