giáo trình hình thành hệ thống điều chỉnh tổng quan về role điện áp thấp

Ngày nay, hầu nh hoạt động của con ngời trong mọi lĩnh vực đều không
thể tách khỏi nguồn năng lợng điện, ở nớc ta điện năng hầu hết đợc sản xuất
ở những nhà máy nhiệt điện, thủy điện có công suất lớn nh: Thủy điện Hòa
Bình, thủy điện Đa Nhim, thủy điện Trị An, nhiệt điện Phú Mỹ, nhiệt điện Phả
Lại vv
Các nhà máy thủy điện thì đợc xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý
thuận lợi cho viêc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện thì
đợc xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu, nhng hộ tiêu thụ thì không
chỉ những hộ ở xung quanh nhà máy. Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải đợc
điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh
tế nhất.
Để đảm bảo sản lợng và chất lợng điện năng cần thiết, tăng cờng độ tin
cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm
việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rÃi có hiệu quả
các phơng tiện bảo vệ, thông tin đo lờng, điều chỉnh và điều khiển tự động
trong hệ thống điện. Trong số các phơng tiện này rơle và các thiết bị bảo vệ
bằng rơle đóng vai trò hÕt søc quan träng.
Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa kü thuật điện nói chung và hệ thống điện lực
nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mơi năm gần đây đà có những biến
đổi và tiến bộ rất to lớn. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho
pháp chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn
hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm
việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có những h hỏng trong
mạch điện hoặc khi có dao động điện, nhằm hoàn thiện các phơng pháp dự
phòng trong các hệ thống khi có h hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều
khiển máy cắt điện cũng nh khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc vvhiện nay
ngời ta đà chế tạo đợc các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ, hoạt động
chính xác, tác động nhanh, độ an toàn và tin cậy rất cao.
.

Vì vậy, để đáp ứng một phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài:

Bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle so lệch số 7UT51*
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

O
W

!

PD

1/ Đặt vấn đề

7

w

N
y
bu
to
k
.d o

m

w

o

m

o

.c

h a n g e Vi
e

lic

O
W
N
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k

Trần Văn Quỳnh - Điện 46
w

w

.d o

XC

er

Đồ án tốt nghiệp

Giỏo trỡnh hỡnh thnh h thng iu chnh tng quan
v role inđầu thp
Mở ỏp

w

w
w

w

F-

w

C

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

c u -tr a c k

.c


!
O
W
y
bu
to
lic

.c

Chơng 1
Tổng quan về rơle thuật số
1/ Khái niệm về rơle bảo vệ.
1.1/ Khái niệm
Đối với các trạm biến áp cao thế, cũng nh trong quá trình vận hành hệ
thống điện nói chung, có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị đờng dây hoặc
do chế độ làm việc bất thờng của các phần tử trong hệ thống. Các sự cố này
thờng kèm theo các hiện tợng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm
thấp, gây h hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống. Các chế độ làm
việc không bình thờng làm cho điện áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép.
Nếu tình trạng làm việc kéo dài thì có thĨ sÏ xt hiƯn sù cè lan réng.

Mn duy tr× hoạt động bình thờng của hệ thống và các hộ tiêu thụ điện
khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly
nó ra khỏi phần bị h hỏng. Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì đợc hoạt động
bình thờng, đồng thời cũng giảm mức độ h hại của phần tử bị sự cố. Làm đợc
điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện đợc. Các thiết bị này gọi
chung là rơle bảo vệ.
Trong hệ thống điện rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và
chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố
rơle bảo vệ sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố nhờ máy cắt điện thông qua
mạch điện kiểm soát. Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thờng rơle bảo
vệ sẽ phát tín hiệu và tùy theo yêu cầu cài đặt có thể tác động khôi phục chế độ
làm việc bình thờng hoặc báo động cho nhân viên vân hành.
Tùy theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt rơle bảo vệ chính, rơle bảo
vệ dự phòng:
ã Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố
xảy ra trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị đợc bảo vệ.
ã Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo
vệ chính trong trờng hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình
trạng sửa chữa nhỏ. Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn
hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại
phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trớc tiên (khi bảo vệ này tác động
đúng).

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

9

.d o

m

o

o

c u -tr a c k

C

m

C

lic

w

w

w

.d o

w

N

Trần Văn Quỳnh - Điện 46
w

w
w

w

h a n g e Vi
e

k

Đồ án tốt nghiệp

k

to

bu

y

N

.

XC

er

O
W

F-

w

PD

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

c u -tr a c k

.c


!
O
W
y
bu

k
lic

.c

1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ.
Rơle bảo vệ phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau đây:
ã Tính chọn lọc.
Là khả năng phân biệt các phần tử h hỏng và bảo vệ bằng cách chỉ cắt (cô
lập) các phần tử đó.
Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để bảo vệ để cung
cấp điện an toàn liên tục. Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan
rộng.
Cần phân biệt 2 khái niệm cắt chọn lọc:
Chọn lọc tơng đối: Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể
làm việc nh là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận.
Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong trờng hợp ngắn mạch ở
chính phần tử đợc bảo vệ.
ã Tác động nhanh:
Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch. Bảo vệ phải tác
động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử h hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm:
Đảm bảo tính ổn định của hệ thống.
Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị.
Giảm ảnh hởng của điện áp thấp khi ngắn mạch lên các phụ tải.
Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1 giây.
ã Độ nhạy:
Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trờng hợp ngắn mạch trực tiếp mà
cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian. Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi
ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu tức là một số
nguồn đợc cắt ra nên dòng ngắn mạch nhỏ.

Độ nhạy đợc đánh giá bằng hệ số nhạy:

Knh =

IN min
IKD
(1-1)

INmin: Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất.
Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ nh bảo vệ thiếu điện
áp) hệ số nhạy đợc xác định ngợc lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu.

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

10

.d o

m

o

o

c u -tr a c k

C

m

C

lic

w

w

w

.d o

w

N

Trần Văn Quỳnh - Điện 46
w

w
w

w

h a n g e Vi
e

to

N

y
bu
to

Đồ ¸n tèt nghiÖp

k

.

XC

er

O
W

F-

w

PD

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

c u -tr a c k

.c


!
O
W
y
bu
to
lic
w

Bảo vệ phải tác động chắc chắn khi xảy ra sự cố trong vùng đợc giao và
không đợc tác động sai đối với các trờng hợp mà nó không có nhiệm vụ tác
động.
Một bảo vệ không tác động hoặc tác động sai có thể dẫn đến hậu quả là
một số lớn phụ tải bị mất điện hoặc sự cố lan rộng trong hệ thống.
1.3/ Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện.
- 21: Rơ le khoảng cách
- 25: Rơle đồng bộ
- 26: Rơle nhiệt độ
- 27: Rơle điện áp thấp

- 32: Rơle định hớng công suất
- 33: Rơle mức dầu
- 49: Rơle quá tải
- 50,51: Rơle quá dòng tức thì, định thì
- 55: Rơle hệ số công suất
- 59: Rơle quá áp
- 62: Rơle thời gian
- 63: Rơle áp suất
- 64: Rơle chạm đất
- 67: Rơle quá dòng có hớng
- 79: Rơle tự đóng lại (máy cắt điện)
- 81: Rơle tần số
- 85: Rơle so lệch cao tầng
- 87: Rơle so lệch dọc
- 96: Rơle hơi (máy biến áp)
Tùy theo phạm vi, mức độ và đối tợng đợc bảo vệ chỉ danh rơle có thể
có phần mở rộng. Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng:
- 26.W: Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp
- 26.O: Rơle nhiệt độ dầu (máy biến áp, bộ đổi nấc máy biến áp)
- 51P, 51S: Rơle quá dòng điện định thì phía sơ cấp, thứ cấp máy biến áp
- 50REF: Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA).
- 67N: Rơle quá dòng chạm đất có hớng
- 87B: Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái
- 87T: Rơle so lệch dọc bảo vệ máy bién áp
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

11

.d o

m

ã Độ tin cậy:

o

m

o

.c

C

lic
C
c u -tr a c k

w

w

.d o

w

N

Trần Văn Quỳnh - Điện 46
w

w
w

w

h a n g e Vi
e

k

Đồ án tốt nghiệp

k

to

bu

y

N

.

XC

er

O

W

F-

w

PD

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

c u -tr a c k

.c


!
O
W
y

bu
to
lic

2/ Cấu tạo chung của rơle số sử dụng bộ vi xö lý.
2.1/ S

kh i c a r le s s d ng b vi x lý

Hình 1-1: S kh i c a 1 r le s s d ng b vi x lý
Thông tin v
i t ng b o v s
c a vào r le qua u vào t ng t
và u vào s . B ph n bi n i u vào s l c và khu ch i tín hi u t ng t
thành i l ng phù h p v i u vào c a b chuy n i t ng t - s . T i ây
tín hi u t ng t s
c chuy n i thành giá tr t l v i thông tin u vào.
B vi x lý s làm vi c theo ch ng trình ch a trong b nh l p trình
c
EPROM ho c ROM. Nó so sánh thơng tin u vào v i giá tr
t chøa trong b
nh xóa ghi b ng i n EEPROM. Các phép tính trung gian
c l u gi t m
th i trong b nh RAM.
• Khi có s c x y ra, b vi x lý s phát tín hi u s i u khi n các r le
u ra b ph n vào/ra s óng ho c khép m ch.
• Ng i s d ng có th trao i thơng tin v i r le thơng qua bàn phím và
màn hình m t tr c r le. Tr ng thái làm vi c c a r le có th hi n th
trên các èn LED t i ây. R le liên l c v i bên ngoài ho c trung tâm
i u

qua c ng thơng tin tu n t .
Tồn b ph n c ng c a r le
c cung c p b i b chuy n i ngu n
1chi u/1chi u v i các c p i n áp khác nhau. Ngu n cung c p 1 chi u bờn ngoi

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

12

.d o

m

w

- 96-1: Rơle hơi cấp một
- 96-2: Rơle hơi cấp 2 (tác động cắt máy cắt điện)

o

m

o

.c

C

lic
C

c u -tr a c k

w

w

.d o

w

N

Trần Văn Quỳnh - §iƯn 46
w

w
w

w

h a n g e Vi
e

k

§å ¸n tèt nghiƯp

k

to

bu

y

N

.

XC

er

O
W

F-

w

PD

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

c u -tr a c k

.c


!
O
W
y
bu
k
lic

.c

có th
380v.

là cquy ho c b ngu n xoay chi u - 1chi u l y t l i i n 220v ho c

2.2/ Dùng ch ng trình ph n m m i u khi n ph n c ng.
M t trong nh ng i m khác bi t n i b t v m t công ngh c a r le s so
v i r le th h c là k thu t s d ng ph n m m i u khi n ph n c ng, th c
ch t chúng là các bít thơng tin ® c x p x p theo các trình t qui nh g i là
l nh và

c ch a trong các b nh khác nhau. Khi r le
c c p ngu n, b vi
x lý và các linh ki n ph n c ng khác s ho t ng tuân theo s h ng d n c a
t p lÖnh này theo m t ch ng trình nh tr c nh ó r le có th ho t ng c
l p nh m t ph n t t
ng.
Các ch ng trình ph n m m c a r le s phân thành 2 nhóm l n: Ph n
m m h th ng và ph n m m ng d ng.
2.2.1/ Ch ng trình ph n m m h th ng.
Ph n m m h th ng bao g m ch c n ng t ki m tra và báo l i, vào/ra
thông tin và ch c n ng x lý a nhi m. Nó chi ph i s ho t ng qua l i gi a
các b ph n ph n c ng, t o môi tr ng ph n m m cho các ng d ng khác nhau
có th ch y và ho t ng hi u qu . Tóm l i ây là ph n m m c s mà b t c
thi t b k thu t s nào c ng ph i
c trang b
nó ho t ng
c.
2.2.1.1/ Ch ng trình t ki m tra khi óng ngu n
Các r le s hi n nay cho phép ki m tra kh n ng làm vi c c a các ph n
t chính c a ph n c ng ngay sau khi r le
c c p ngu n và hi n th k t qu
ki m tra lên màn hình. Các ph n t này có th là: b vi x lý, các b nh , b
ngu n cung c p v i các i n áp chu n, ng b th i gian, các èn báo, các b
ki m tra ng t vào ra thông tin, b chuy n i t ng t / s vv…k t qu ki m tra
có th là “t t” , “báo ng”, và “h h ng”. Tín hi u “báo ng” th ng ch
dùng cho b ngu n DC/DC, khi các i n áp nuôi các vi m ch v t qua giá tr
c nh báo nào ó. Khi có “h h ng” r le s ch y l i ch ng trình ki m tra m t
vài l n và ph thu c vào d ng s c các ch ng trình ph n m m s c g ng
ph c h i r le ra kh i tr ng thái s c . N u ph c h i không thành cơng chúng s
khóa các ch c n ng c a r le và a ra tín hi u thơng báo lên màn hình.

2.2.1.2/ Ch ng trình h th ng vào/ra c s (BIOS)
Ch ng trình này cung c p m t giao di n nh m t ng thích hồn tồn
các ch ng trình ng d ng v i c s ph n c ng c a r le. ó là t p h p các chu
trình i u khi n các linh ki n ph n c ng cho phép ng i l p trình ng d ng
giám sát và truy n các d li u qua các b ph n vào/ra m t cách d dàng. V i
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

13

.d o

m

o

o

c u -tr a c k

C

m

C

lic

w

w

w

.d o

w

N

Trần Văn Quỳnh - Điện 46
w

w
w

w

h a n g e Vi
e

to

N
y
bu
to

Đồ án tốt nghiệp

k

.

XC

er

O
W

F-

w

PD

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

c u -tr a c k

.c


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

cỏc ch ng trình BIOS, ng i l p trình ng d ng không c n ph i hi u t m
các b ph n vào/ra d li u trong r le làm vi c nh th nào mà ch c n bi t
chúng có th làm
c gì. Khi ph n c ng c a r le
c nâng c p, ch c n thay
i các ch ng trình BIOS kèm theo mà khơng c n ng ch m n các ch ng
trình ng d ng. i u này cho phép các ph n m m ng d ng có th t n t i lâu
dài không ph thu c vào s phát tri n c a ph n c ng.
Các ch ng trình vào/ra c s này cho phép i u khi n các b ph n sau:
các u vào tr ng thái s , các u ra thao tác s , các c ng song song và tu n t ,
màn hình, bàn phím, các èn LED, các u vào t ng t vv…
2.2.1.3/ Ch ng trình a nhi m
ây là ch ng trình cho phép b VXL có th th c hi n ng th i vài ch c
n ng ng d ng theo th i gian th c. Nó ho t ng b ng cách cho phép ng i l p
trình ng d ng phân chia ch ng trình ng d ng thành các v nh riêng bi t.
M i nhi m v này
c gán m t th t u tiên. Ch ng trình a nhi m ch cho
phép th c hi n m t nhi m v trong m t th i i m, các nhi m v khác
c
kích ho t khi nó

c nh trong các b nh theo tr t t hàng n u không th
th c thi chúng ngay l p t c. Các nhi m v có thú t u tiên cao h n s
c
th c hi n tr c các nhi m v có th t u tiên th p h n. Vi c phân chia các
ch ng trình ng d ng nh v y cho phép bi n hóa các ch c n ng b o v s n có
trong r le các ch
làm vi c khác nhau.
2.2.1.4/ Các ch ng trình ph c v cho l p trình ng d ng
ây là ch ng trình ph n m m
c s d ng trong giai o n phát tri n
các ph n m m ng d ng dùng trong r le. ó có th là ch ng trình g r i
(dubugging) s d ng khi ng t ngu n ho c ang ch y ch ng trình ng d ng
ki m tra và thay i n i dung các b nh và các c ng vào/ra, các thanh ghi c ng
nh các b c th c hi n ch ng trình.
2.2.2/ Ch ng trình ph n m m ng d ng
Ch ng trình ph n m m ng d ng
c s d ng ph thu c vào ch c n ng
b ov
c cài t trong r le.
r le làm vi c có hi u qu , ch ng trình quy
nh chi ti t thao tác c a các linh ki n ph n c ng trong m i ch
làm vi c
khác nhau nh : X lý s li u t ng t , s li u s , t ng tác v i ng i s dông,
vào ra thông tin, ra quy t nh thao tác, ng b th i gian, thông tin liên l c
tu n t .
B vi x lý th c hi n ch ng trình ng d ng theo 2 cách:
• Cách 1: Ch y các ch

ng trình ng d ng l n l

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Néi

t theo trình t th i gian
14


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

ã Cỏch 2: Cho phép kh i ng ch ng trình ng d ng nào ó khi b Vi x
lý nh n
c thơng tin t bên ngồi. Khi ó nó d ng các ho t ng khác
c a r le
th c hi n ch ng trình ng d ng phù h p v i thơng tin bên
ngồi ó, sau ó quay l i th c hi n các thao tác còn d dang . Ph ng
pháp này g i là ph ng pháp ng t (Interrupt).
2.2.2.1/ Ph n m m ng d ng c a b vi x lý trong ch
kh i ng
Ph n m m này th c hi n các thao tác sau:
c thông tin tr ng thái trong EEPROM ho c NVRAM. N u các c nh
báo ch a
c lo i tr trong l n làm vi c tr c thì chúng
c ph c h i
và hi n th
m t tr c r le.
- T t c các giá tr
tc ab ov

c nh trong EEPROM
c rà soát
l i xem có trong mi n làm vi c cho phép khơng. N u giá tr
t ngồi
mi n làm vi c thì tín hi u c nh báo s
c phát ra. Các giá tr h p lý
s
c t i t EEPROM vào trong mi n làm vi c c a b nh RAM.
- B vi x lý kh i ng các ng h th i gian, các b i u khi n ng t và
vào/ra cùng các bi n d li u.
2.2.2.2/ X lý d li u t ng t
Các tín hi u t ng t
u vào nh dòng và áp
c l y m u r i chuy n
thành giá tr s . K t qu thu
c l u tr trong b
m. B vi x lý ti n hành
l c các giá tr s theo các thu t toán (nh b l c Furicie r i r c ho c l y o
hàm)
xác nh nhanh biên
và pha c a tín hi u có ích. Trong m t s r le
t c
thu th p thông tin cao, ng i ta s d ng riêng m t b vi x lý
th c
hi n thao tác này kèm theo ch ng trình ph n m m ph c v nó.
2.2.2.3/ X lý tín hi u s .
Các tín hi u s
u vào tr ng thái
c ki m tra liên t c theo chu k
dài ng n khác nhau tùy theo tính c p thi t c a t ng lo i thơng tin.

Ví d nh tín hi u c t liên ng ph i
c c p nh p trong m t vài chu k
l y m u, các tín hi u khác nh gi i tr ho c ng b th i gian có th
i lâu h n.
B vi x lý th ng xuyên ki m tra s
ng b c a các b ph n trong r le
và gi a r le v i thi t b ngo i vi. Các tín hi u l i
ng truy n c ng
cc p
nh t
ra tín hi u thơng báo c n thi t.
Các tín hi u i u khi n c a r le u ra
c b vi x lý liên t c quét t i
trong vòng m t ho c hai chu k l y m u. Khi b s c , tín hi u i u khi n c a
b vi x lý thay i trong th i gian r t ng n, các r le u ra s kh i ng
i
báo tín hi u ho c i c t
ng dõy.
Khoa Cơ Điện Trờng §HNNI-Hµ Néi

15


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

2.2.2.4/ Thụng tin liên l c.

Vi c trao i tín hi u v i thi t b ngo i vi qua c ng tu n t ho c song
song
c th c hi n thông qua các giao th c.
Trong các r le có yêu c u nghiêm ng t v ch t l ng thơng tin nh r le
so l ch thì ôi khi ng i ta s d ng riêng m t b vi x lý cho ch c n ng thơng
tin liên l c, kèm theo ó là m t ph n m m ph c v b vi x lý này.
ph c t p c a ph n m m thông tin liên l c l i ph thu c vào c ng thông
tin
c ch n (song song hay tu n t ), mã thông tin hay giao th c thông tin và
các ch c n ng ph tr kèm theo. Nó bao g m các thao tác l p và truy n gói
thơng tin, nh n, kh ng nh và tách các thơng tin có ích.
Các thao tác này
c ki m soát ch t ch theo t a
th i gian s d ng
ng h riêng c a r le hay tín hi u ng b t bên ngồi g i t i.
2.2.2.5/ Ch c n ng b o v .
Ch c n ng b o v c a r le
c xây d ng thành các ch ng trình con v i
các bi n u vào là các giá tr
t c a b o v , k t qu o l ng ho c tr ng thái
lôgic c a các tham s trung gian là hàm c a các bi n o l ng u vào và cu i
cùng là các tr ng thái lôgic u ra c a các ch c n ng b o v khác.
Khi ch c n ng b o v
c kích ho t, các bi n u vào c a nó c ng
c
kích ho t theo và
c n p vào các a ch c
nh trong b nh RAM. Ph n
m m ch c n ng b o v th c ch t là thu t tốn làm vi c theo quy trình cho
tr c.

Các giá tr bi n u vào, bi n trung gian và k t qu logic u ra c a các
ch c n ng b o v s
c l u gi trong các b nh và có th hi n th ra màn
hình hay truy n i xa t i trung tâm i u
ng ì s d ng phân tích ánh
giá tình hình làm vi c c a r le.
2.2.2.6/ o l ng và b n ghi s ki n.
o l ng là m t trong nh ng nhi m v c a b vi x lý thông tin tu n t .
B ph n này s c p nh p thông tin v h th ng i n theo chu k l y m u fs =
50.N nh m m c ích phát hi n s c .
K t qu o l ng và tính tốn nh n
cs
c l u tr trong b nh
RAM. Theo chu k ch m h n (th ng kho ng 1s) thì m t vài trong các thông
s này s
c t i vào b nh c a màn hình.
Khi kích ho t ch c n ng o l ng c a r le, ph n m m i u khi n s hi n
th n i dung c a b nh màn hình theo a ch
c ch n. ó có th là giá tr
dịng, áp, dịng t ng 3 pha, góc l ch pha, cơng su t vv… theo giá tr t c th i hay
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

16


.

Đồ án tốt nghiệp
hi u d ng. Cỏc thụng s này s liên t c thay
n p thêm giá tr m i nh t vo.

Trần Văn Quỳnh - Điện 46
i b ng cách xóa giá tr c và

B n ghi các s ki n l u tr t i các DRAM có ngu n ni riêng cho phép
l u gi thông tin ngay c khi m t ngu n cung c p. B n ghi có hai lo i:
• Lo i th 1: Li t kê v n t t các s ki n do r le ghi
c theo trình t th i
gian theo nguyên t c l n l t (FIFO). Tùy theo t ng lo i r le mà s l ng
s ki n nh có th lên t i 40 ho c h n. Các s ki n x y ra lâu s b xóa
khi s ki n m i
c ghi vào, sao cho s l ng s ki n nh
c là khơng
i. Các thơng tin
ây có th là d ng s c , th i gian, a i m vv.....
• Lo i b n ghi s ki n th 2: Cho phép ghi l i thông tin t m h n v s
ki n v a di n ra. i u ki n th c hi n b n ghi này là r le th c hi n thao
tác óng ho c c t máy c t, trong m t vài r le thì i u ki n th c hi n b n
ghi có th do ng i s d ng t ra. Khi i u ki n này
c th c hi n,
ph n m m i u khi n s t i toàn b thông tin chi ti t v h th ng i n
nh dòng, áp vv... vào khu v c nh b n v ng h n nh NVRAM t i ây có
th l u tr các thơng tin s nh s kích ho t c a các ph n t lơgic trong
b o v . Khác v i lo i b n ghi th 1 có th quan sát trên màn hình c a
r le thì lo i b n ghi th 2 này c n ph i có ch ng trình ph n m m ph
tr bên ngồi s d ng màn hình mỏy vi tớnh
v
th ho c hi n th
thơng tin.
Ví d nh r le kho ng cách SEL-321 s d ng ph n m m SELPOT, r le

quá dòng 7SJ512 hay r le kho ng cách 7SA511 c a Siemens, s d ng ph n
m m DIGSI. Vi c giao ti p v i màn hình
c thơng qua c ng tu n t
t
phía tr c r le.
3/ C¸c tín hiệu đầu vào và đầu ra
3.1/ Đầu vào tơng tự
Tùy theo từng ứng dụng mà số lợng đầu vào tơng tự của rơle có thể thay đổi.
Đối với rơle dòng, đầu vào thờng là 3 dòng pha (3 đầu vào và 3 đầu ra)
hoặc có khi là hiệu các dòng pha có đầu vào và đầu ra cho dòng thứ tự không.
Dòng này có thể lấy từ dòng tổng của 3 dòng thứ cấp các biến dòng pha (BI)
hoặc từ cuộn thứ cấp của biến dòng thứ tự không (TTK). Đối với rơle áp, đầu vào
thờng là 3 áp pha hoặc hiếm hơn là áp dây (3 đầu vào và 3 đầu ra) hoặc đôi khi
có đầu ra cho ¸p thø tù kh«ng (TTK) nèi tíi cn thø cÊp tam giác của biến điện
áp (BU) 3 pha 5 trụ.

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

17


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Đối với các rơle dùng cả áp lẫn dòng nh rơle khoảng cách có thể có tất cả
các đầu vào nh trên (8 đầu vào).
Các giá trị định mức của BU, BI đợc sử dụng tại các đầu vào tơng tự cần

phải đợc cài đặt trong bộ nhớ của rơle.
Các đầu vào tơng tự đợc nối tới các cuộn biến dòng hoặc biến áp trung
gian đầu vào đặt bên trong rơle. Các bộ biến đổi này ngoài nhiệm vụ làm phù
h p các giá trị tơng tự cho mạch tín hiệu tiếp theo mà còn có chức năng ngăn
cách về mặt vật lý giữa đầu vào và mạch bên trong rơle để bảo vệ phần điện có
công suất thấp.
3.2/ Đầu vào số.
Đầu vào số hay con gọi là đầu vào trạng thái, cung cấp thông tin về trạng
thái làm việc của hệ thống điện. Các đầu vào này có thể chia làm 3 loại và thay
đổi tùy theo từng rơle bảo vệ.
ã Thông tin do đối tợng bảo vệ cung cấp nh máy cắt, dao tiếp đất ở trạng
thái đóng, mở (do tiếp điểm phụ cung cấp) MC không làm việc vv
ã Thông tin do các bảo vệ cung cấp nh bảo vệ khí của máy biến áp (bảo vệ
Bucholz) cảnh báo hay tác động, tín hiệu khóa hay cho phép trong sơ đồ
cắt liên động, tín hiệu cắt trực tiếp từ bảo vệ cấp dới vv
ã Tín hiệu điều khiển từ xa của ngời sử dụng nh giải trừ các cảnh báo,
giải trừ rơle, điều khiển đóng, cắt máy cắt, lấy thông tin nhật ký làm việc
của Rơle và bản ghi các sự kiện vv
Tín hiệu đầu vào thờng là tín hiệu áp đợc lấy từ nguồn phụ một chiều
(Uphụ). Nguồn này có thể là nguồn 1 chiều nuôi rơle hoặc điện áp có các giá trị
định mức nh sau: 24, 30, 60, 110, 220 V. Thông thờng một rơle đợc chế tạo
có khả năng làm việc với nhiều điện áp tín hiệu ở đầu vào số khác nhau. Việc
chuyển đổi điện áp làm việc đợc thực hiện bằng các cầu nhảy (Jumper) hay để
nguyên hoặc cắt các dây nối tại một vài vị trí trên bản mạch thiết bị.
Về mặt cấu tạo, sơ đồ mạch tín hiệu đầu vào thờng là các bộ cách ly làm
việc theo 2 nguyên tắc khác nhau có tác dụng bảo vệ thiết bị chống sự cố bên
ngoài.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

18

.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

ã Bộ cách ly đầu vào sử dụng Comparator có sơ đồ nh hình 1 - 2

Hình 1 - 2: Bộ cách ly đầu vào sử dụng Comparator
Nó sử dụng khuếch đại thuật toán với tổng trở đầu vào lớn. Tín hiệu đầu ra
của bộ Comparator khi điện áp tín hiệu lớn hơn Ungỡng.
Ta có: Ud= Ungỡng-Uphụ nên:
Khi Ud>0 tức là Ungỡng>Uphụ suy ra Ura=Vsat.
Khi Ud<0 tøc lµ Ung−ìngCuộn L: Có tác dụng chặn các xung nhiễu ở đầu vào điốt D: Đóng vai trò
tạo ngỡng cho mạch đầu vào.
ã Bộ cách ly đầu vào sử dụng bộ chuyển đổi quang điện

Hình 1 - 3: Bộ cách ly đầu vào sử dụng bộ chuyển đổi quang điện
Khi có điện áp tín hiệu điốt phát quang sáng làm mở thông Tranzitor
truyền tín hiệu điện áp vào mạch bên trong. Bộ chuyển đổi quang điện đợc thiết
kế với cổng có điều khiển ở đầu vào, nó chỉ cho tín hiệu vào bên trong khi bộ vi
xử lý quét đến đầu vào số đang xét, điều này làm giảm công suất tiêu thụ của
mạch đầu vào số trong chế độ chờ.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

19

.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

3.3/ Đầu ra số.
Các tín hiệu đầu ra số có thể phân biệt theo 4 nhóm:
ã Nhóm tín hiệu điều khiển.
Nó đợc đóng, cắt mạch bởi các rơle đầu ra thờng sử dụng rơle có tiếp
điểm làm phần tử thao tác đầu ra. Điẹn áp làm việc của chúng thờng là dòng
một chiều dới 24V. Tiếp điểm có khả năng làm việc với dòng cắt lớn.
Tiếp điểm điều khiển thờng có công suất cắt và dòng làm việc lớn hơn
tiếp điểm báo hiệu. Đôi khi để tăng độ tin cậy thao tác ngời ta sử dụng các cặp
tiếp điểm kép mắc song song để giảm khả năng tiếp điểm bị hở khi khép mạch.
Trên hình 1- 4 giới thiệu sơ đồ làm việc có kết hợp giữa đầu vào và đầu ra
số với cuộn điều khiển máy cắt.

Hình 1- 4: Sơ đồ làm việc kết hợp giữa đầu vào/đầu ra số của rơle số
Khi MC mở, cuộn cắt bị khóa bởi tiếp ®iĨm phơ 2 cđa MC. TiÕp ®iĨm phơ
3 ®ãng th× đầu vào số MC mở nhận đợc tín hiệu điện áp.
Khi tiếp điểm Rơle đầu ra Đóng MC khép mạch, cuộn đóng CĐ có điện
tiếp điểm phụ MC sẽ khóa cuộn đóng và đa cuộn cắt CC vào tình trạng sẵn sàng
làm việc. Điện áp biến mất ở đầu vào I2, đồng thời ở đầu vào I1 thông báo trạng
thái MC đóng.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

20

.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

ã Nhóm các tín hiệu điều khiển.
Cũng sử dụng các rơle có tiếp điểm để đi báo tín hiệu bằng đèn, còi vv
ã Nhóm tín hiệu điều khiển đèn LED
Trên mặt trớc của rơle thông báo các thông tin cơ bản nhất về tình trạng
làm việc của rơle. Các tín hiệu này không sử dụng tiếp điểm đầu ra vì điện áp
làm việc của đèn LED rất bé (<3V), mà lấy trực tiếp đầu ra của các vi mạch số
phần lôgic sau khi đà đợc khuếch đại.
Mỗi đèn LED tơng ứng với một thông tin cần báo cho ngời sử dụng
hoặc nó cũng có thể gán thông báo nào đó bằng cách lập trình từ bàn phím do
ngời sử dụng thực hiện (marshaling).
ã Nhóm các tín hiệu trạng thái bên trong rơle.
Trong nhiều rơle số thờng đặt một số thanh ghi để ghi nhận trạng thái
của các phần tử lôgic và các chức năng bảo vệ dới dạng tham số. Qua đó ngời
sử dụng có thể hiển thị các tham số này trên màn hình của rơle hoặc truy suất từ
xa qua cổng tuần tự.
4/ Xử lý tín hiệu tơng tự.
4.1/ Các bộ biến đổi đầu vào.

Hình 1 - 5: Sơ đồ nối các BU,BI với các bộ biến đổi đầu vào.

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

21

.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Đó là các biến dòng, biến áp đầu vào. Trên hình 1-5 Là sơ đồ khối các
BU,BI với các bộ biến đổi đầu vào.
R: Đóng vai trò là bộ loc dòng. Trong nhiều trờng hợp ngời ta có thể
không sử dụng biến dòng và biến áp TTK mà dùng biến dòng pha mắc theo sơ
đồ hình sao và các biến điện áp pha mắc theo sơ đồ tam giác hở.
4.2/ Các bộ lọc sơ bộ và khuếch đại.
Tín hiệu đầu ra của các bộ biến đổi tín hiệu đầu vào thông qua các bộ lọc
tần số thấp. Chức năng của bộ lọc này là cho dòng điện tần số thấp đi qua mà
biên độ không bị suy giảm, đồng thời làm giảm mạnh dòng điện ở tần số cao.
Các bộ lọc này thờng có kiểu L - C .
Tín hiệu đầu ra của bộ biến đổi tín hiệu cha thể phù hợp ngay với giá trị
đầu vào của bộ chuyển đổi tơng tự - số. Vì vậy ngời ta thờng dùng các bộ
biến đổi và khuếch tín hiệu dòng, áp thành giá trị phù hợp. Trong rơle số thì bộ
khuếch đạit hờng dùng là khuếch đại thuật toán.
4.3/ Bộ chuyển đổi tơng tự-số (ADC).
Trong ADC, tín hiệu đầu vào là liên tục, tín hiệu số mà hóa ở đầu ra là rời
rạc. Sự chuyển đổi AD đòi hỏi phải lấy mẫu với tín hiệu tơng tự ở đầu vào ở
những thời điểm quy định. Sau đó chuyển các giá trị mẫu đó thành số lợng đầu
ra. Vì vậy, quy trình chuyển đổi AD nãi chung gåm 4 b−íc: lÊy mÉu, nhí mÉu,
l−ỵng tử hóa và mà hóa thành cơ số 2.
Từ 8 giá trị và áp đầu vào ( Ia, Ib, Ic, Io và Ua, Ub, Uc, Uo) khi qua bộ biến
đổi tạo ra 11 tín hiệu liên tục ( Ia, Ib, Ic, Io vµ Ua, Ub, Uc, Uo, Uab, Ubc, Uca). Chúng

đợc trích và giữ mẫu với tần số N khoảng tõ 8, 12, 16 lÇn trong 1 chu kú 20 ms
tïy tõng r¬ le.
VÝ dơ: R¬le so lƯch N = 8
Rơle khoảng cách SEL - 231 N = 16
Bộ ADC thờng có 12 bite trong đó có 11 bite dữ liệu và 1 bite dấu

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Néi

22


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Hình 1- 6: Bộ chuyển đổi tơng tự số nhiều dải đo
Vì tín hiệu đầu vào biến thiên rất lớn (Dòng Inm có thể đạt giá trị 100 lần
dòng định mức) nên ngời ta phải sử dụng bộ ADC 2 dải đo, dải đo với dòng nhỏ
và dải đo với dòng lớn. Việc chuyển dải đo này có thể đợc thực hiện theo 2
phơng pháp là phơng pháp phần mềm hoặc phơng pháp phần cứng.
Trên hình 1 - 6 trình bày sơ đồ chuyển dải đo bằng phơng pháp phần
cứng, khi tín hiệu đầu vào lớn (vợt quá 3,125 lần Iđm) các bit đầu ra số của bộ
chuyển đổi bị tràn, bộ chuyển đổi sẽ phát tín hiệu cờ báo để chuyển mạch trích
và giữ mẫu SH sang làm việc với dải đo mới bằng cách thay đổi hệ số khuyếch
đại của mạch. Khi đó mỗi bit cơ số 2 của bộ ADC sẽ có giá trị gấp 32 lần giá trị
trong chế độ dải đo thấp.
Trong một số rơle số do tốc độ thu thập thông tin nhanh, ngời ta phải
trang bị một bộ vi xử lý và bộ nhớ riêng có công suất lớn để điều khiển vài bộ

ADC.
5/ Các bộ lọc số.
Tín hiệu rời rạc nhận đợc ở đầu ra của bộ chuyển đổi tiếp tục đợc xỷ lý ®Ĩ
sư dơng cho c¸c øng dơng tht to¸n tiÕp theo. Cũng giống nh bộ lọc tơng tự,
các bộ lọc số cũng có thể chia thành các nhóm sau.
ã Lọc tần số thấp.
ã Lọc dải.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

23


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

ã Lọc tần số cao.
ã Lọc loại bỏ một dải tần số nào đó (lọc chắn).
Có 3 chỉ tiêu cơ bản để đánh giá hoạt động của một bộ lọc số trong các
ứng dụng bảo vệ và điều khiển.
Truyền các thành phần cần thiết của tín hiệu với độ chính xác thỏa đáng
và loại bỏ có hiệu quả tất cả các nhiễu.
Tín hiệu đầu ra nhanh chóng ổn định khi tín hiệu đầu vào thay đổi mạnh.
Sử dụng tối thiểu các khả năng của hệ thống nh tính toán là ít nhất .
Đáng tiếc là các yêu cầu trên lại mâu thuẫn với nhau và mỗi bộ lọc đều
phải hòa hợp chúng
6/ Bộ nguồn dùng cho rơle số.
Ngoài tín hiệu lấy từ BI, BU để cho rơle số làm việc đợc nó phải đợc

cấp nguồn từ bên ngoài. Nguồn này thờng là nguồn một chiều cấp từ ắcquy
hoặc từ bộ chuyển đổi xoay chiỊu - mét chiỊu (AC/DC). Trong r¬le sè ngn
mét chiều thờng có điện áp sau: 24, 30, 48, 60, 110, 220V.
Trong rơle số có bộ chuyển đổi một chiều - một chiều (DC/DC) sử dụng
điện áp một chiều cao ở đầu vào để tạo ra các điện áp thấp hơn ở đầu ra phục vụ
cho các mục đích khác nhau nh nuôi vi mạch số, bộ khuếch đại thuật toán, điều
khiển cuộn đóng, cắt của rơle đầu ra. Mức điện áp thờng sử dụng là 5, 12, 15
và 24V.
Trên hình 1- 7 giới thiệu sơ đồ khối của bộ nguồn DC/DC dùng cho rơle
bảo vệ.

Hình 1-7: Bộ nguồn một chiều DC/DC của Rơle số

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Néi

24


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Ngời ta cho điện áp đầu vào Eb có một giá trị dà nêu ở trên. Nhờ có bộ
lọc cao tần Hf-ft và bộ lọc đầu vào ft, các thành phần chu kỳ bị loại bỏ. Tiếp điểm
điện tử SW đợc đóng më tïy theo tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn lÊy tõ bé biến điệu theo
độ rộng xung Mn. Mạch áp đầu ra làm việc theo chế độ phân chia thời gian mỗi
cấp áp sẽ lần lợt đợc so sánh với giá trị ngỡng, ở đây mạch ngỡng Sn bao
gồm điốt ổn áp và điện trở so sánh, áp sai lệch so với giá trị ngỡng sẽ đợc bộ

Mn biến đổi thành độ rộng xung. Bộ tạo xung/chia tần Os/Di tạo tín hiệu ®iỊu
khiĨn sÏ më tiÕp ®iĨm ®iƯn tư l©u hay chãng tùy thuộc vào áp vi sai. Nhờ có
mạch phản hồi âm tại sơ đồ tổng hợp áp In, áp này đơc điều chỉnh về không, khi
đó điện áp ra sẽ đạt bằng giá trị ngỡng và đợc bộ khuếch đại đầu ra OP khuếch
đại công suất và giữ lại trên các tụ áp đầu ra.
Điện áp đầu ra 6.6 V và 19.5 V đợc các vi mạch ổn áp7805, 7815 và
7915 đa về điện áp 5 V, 15 V để đi nuôi các vi mạch số và tơng tự. Điện áp 24
V đợc đa thẳng đến cuộn đóng cắt của rơle đầu ra. Để các bộ ổn áp làm việc
tốt, các điện áp ra của bộ chuyển đổi DC/DC phải cao hơn một chút so với điện
áp định mức của các vi mạch ổn áp. Nếu vì nguyên nhân nào đó điện áp đầu ra bị
suy giảm, bộ phát hiện giảm áp Uvm sẽ phát tín hiệu cảnh báo.
7/ Cổng vào ra thông tin tuần tự.
Ưu điểm nổi bật của rơle số là nó có khả năng trao đổi thông tin với thiết
bị ở xa. Chức năng này đợc thực hiện thông qua giắc cắm chữ D có 9 hoặc 25
chân đặt ở mặt trớc hay mặt sau của rơle.
Đó chính là các cổng vào ra thông tin tuần tự đợc nối tới bộ giao diện
vào/ra thông tin số. Bộ giao diện này có những chức năng sau:
ã Phối hợp giữa bộ phận truyền thông tindạng song song bên trong rơle số
với bộ phận truyền thông tin tuần tự ở bên ngoài.
ã Đồng bộ về mặt thời gian giữa phần thu và phần phát. Bình thờng các bộ
thu và phát thuộc các thiết bị khác nhau nên thông tin trong chúngđợc
truyền với tốc độ khác nhau. Vì vậy phải ®ång bé hãa chÕ ®é lµm viƯc cđa
hai phÝa vỊ mặt thời gian.
ã Phối hợp về mức điện áp và mà số của tín hiệu đợc truyền.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

25


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Để các thiết bị thu phát có thể làm việc có hiệu quả và không gặp rắc rối
khi làm việc phối hợp, từ lâu ngời ta đà đặt ra tiêu chuẩn cho các cổng vào ra
tín hiệu tuần tự trong các thiết bị số. Đó là tiêu chuẩn RS-232C, với giắc cắm chữ
D dao động từ 4 đến 37 chân (4, 9, 15, 25, 37 chân). Trong các rơle số thờng
dùng loại giắc cắm 9 chân và loại 25 chân.
Chuẩn RS-232 quy định mức áp, tốc độ truyền và chức năng của các chân
của giắc. Để truyền tín hiệu xa hơn và nối tới nhiều thiết bị đầu cuối hơn ngời
ta dùng chuẩn RS-485.
Nguyên lý làm việc của giao diện vào/ra số liệu tuần tự.
Tín hiệu tuần tự đợc trao đổi với rơle thông qua thông tin hữu tuyến hoặc
cáp quang, trong mọi trờng hợp đợc đa về dạng mà số tuần tự hoặc song
song.
Bộ phận chính của thiết bị giao diện là mạch thu phát vạn năng không
đồng bộ UART, thực chất là bộ ghi dịch đợc chế tạo thành vi mạch chuẩn. Vi
mạch này gồm 3 phần chính: đầu thu, đầu phát và mạch điều khiển. Nhiệm vụ
của nó là phối hợp 2 thiết bị có xung đồng bộ khác nhau theo phơng thức gọi là
thông tin liên lạc không đồng bộ. Điều này có nghĩa là các bit thông tin đợc
trao đổi qua lại không kèm theo tín hiệu đồng bộ thời gian để chỉ điểm đầu và
điểm cuối của gói thông tin.
Trên đơng truyền các bit dữ liệu có thể bị sai lệch vì vậy, để phát hiện ra
sai lƯch cđa gãi th«ng tin ng−êi ta sư dơng thêm bit chẵn lẻ (Parity) đặt ở vị trí
có nghĩa cao nhất (bên trái) của bit dữ liệu.
Ví dụ: MÃ ASCII của chữ Alà: 1000001
Sau khi sử dụng bite chẵn lẻ có mÃ: 11000001
Bite chẵn lẻ là: 1

Có 2 kiểu bite chẵn lẻ là chẵn và lẻ. Nếu bit theo kiểu lẻ thì tổng các số
1 trong các bit dữ liệu cộng với bit chẵn lẻ phải là số lẻ. Nếu bite theo kiểu
chẵn thì tổng các số 1 trong các bit dữ liệu cộng với bit chẵn lẻ phải là số chẵn.
Bit chẵn lẻdo đầu phát tính toán và ghi lại. Đầu thu nhận dữ liệu sẽ
kiểm tra bit chẵn lẻ và khi phát hiện ra lỗi sai sẽ yêu cầu đầu phát của tín hiệu
ngoại vi phát lại. Trên hình vẽ giới thiệu giắc cắm 25 chân.
Khoa Cơ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi

26


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Hình 1 - 8: Nguyên lý làm việc của giao diện thông tin tuần tự

Chân 1 và 7 nối đất, chân 2 (TD) là đờng truyền dữ liệu theo một chiều
tới thiết bị bên ngoài. Các tín hiệu tuần tự đợc truyền từ đầu phát của bộ UART
tới đầu vào đảo (-) của bộ KĐTT làm việc theo chế độ so sánh. Nếu tín hiệu hiện
tại (-) là 5 V và cao hơn điện áp 1.5 V tại (+), điện áp đầu ra của bộ KĐTT sẽ là 12V, tơng ứng với mức logic 1. Nếu tín hiệu vào tại (-) là 0 V và nhỏ hơn điện
áp tại (+), điện áp đầu ra của bộ KĐTT sẽ là +12V, tơng ứng với mức logic 0.
Chân 3 (RD) là đờng nhận dữ liệu của đầu vào tuần tự. Các tín hiệu ngoại vi
truyền tín hiệu tới rơle qua chân này và điốt tạo ngỡng đến đầu vào đảo (-) của
bộ Comparator. Đầu vào không đảo của nó đợc giữ ở 2V, khi điện áp vợt quá
2.5V điốt sẽ thông mạch, bộ Comparator dẫn điện theo chiều từ đầu ra tới đầu
vào và điện áp đầu ra của nó tụt xuống 0V tơng ứng với mức logic 0. Khi tín
hiệu đầu vào nhỏ hơn +2.5V, bộ Comparator sẽ không dẫn điện, điện áp ở đầu ra

là +5V tơng ứng với mức logic 1. Khi tín hiệu đầu vào đổi trạng thái, đầu ra của
bộ Comparator cũng thay đổi và làm cho các bit của thanh ghi dịch cung thay
đổi từ D0 đến D7.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

27


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Chân 8 (CD) là chân phát hiện cờ chàn, chân 6 (DSR) thông báo rơle đÃ
đặt xong dữ liệu để gửi, khi đó chân 20 (DTR) thiết bị ngoại vi sẽ gửi tín hiệu
ngợc thông báo rằng nó sẵn sàng nhận thông tin từ phía rơle. Chân 5 (CTS)
nhận tín hiệu truyền từ thiết bị bên ngoài, chân 4(RTS) là nơi mà bộ UART gửi
tín hiệu ra cho thiết bị bên ngoài nh Môđem yêu cầu gửi tín hiệu đi xa. Các
chân khác đợc sử dụng tùy theo từng trờng hợp cụ thể.
8/ Phơng pháp so sánh trong rơle số
Cũng giống nh các rơle điện cơ, rơle tĩnh trong rơle số cũng thực hiện
phép so sánh các đại lợng với giá trị ngỡng. Đối với các rơle số không sử dụng
bộ vi xử lý, thao tác này đợc thực hiện bằng sơ đồ phần cứng. Thực chất đó là là
sơ đồ so sánh hai số cơ số 2 nhiều bit. Các phơng pháp phần mềm đợc thực
hiện bởi bộ vi xử lý cũng đợc xem xét ở đây.
8.1/ Phơng pháp so sánh 2 đại lợng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ
đồ phần cứng
Một đại lợng điện bất kỳ có thể biểu diễn dới dạng cơ số 2 nhiều bit.
Giả sử ta có 2 số 1 bit A và B . §iỊu kiƯn b»ng nhau cđa 2 sè A và B là tất cả các

chữ số trong chúng phải tơng ứng bằng nhau. Các trờng hợp có thể xảy ra víi
2 sè A vµ B lµ: A > B, A < B, A = B. Gäi F1, F2, F3, là các hàm đầu ra tơng ứng
khi đó Các phơngsự thật: ra:
ta có bảng trình đầu
F1
F2
F3
A
B
F1 = A.B
A>B AF2 = A.B
0
0
0
0
1
Các phơng trình đầu ra:
0
1
0
1
0
F3 = A.B + A.B
F1 = A.B
1
0
1
0
0

F2 = A.B
1
1
0
0
1
F

AB

AB

Từ đó ta có sơ đồ logic cđa bé so s¸nh 2 sè 1 bit sư dơng các cổng điện tử
nh hình vẽ:

Hình 1 - 9: Sơ đồ so sánh 2 số nhị phân 1 bit sử dụng các cổng điện tử
Để so sánh 2 số nhị ph©n nhiỊu bÝt, ng−êi ta sư dơng nhiỊu bé so sánh 2 số
nhị phân 1 bit, theo nguyên tắc: đầu tiên so sánh 2 bit có trọng số cao nhất chỉ
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

28


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

khi nào bit cã träng sè cao b»ng nhau th× míi tiÕp tục so sánh đến bít có trọng số

thấp hơn.
Trên hình 1 - 10 giới thiệu sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít A và B. Ban đầu
giá trị F3 của các phần tử so sánh bằng 0, do đó các giá trị A2, B2, ..., An, Bn
không truy nhập đợc vào bên trong của các bộ so sánh kế tiếp. Chỉ trong trờng
hợp các bit cao hơn đợc so sánh đà bằng nhau rồi thì tín hiệu từ F3 mới mở cho
bộ so sánh bit thấp hơn làm việc. Phần tử (Hoặc) ở đầu ra cho phép ghi nhận tất
cả các đầu ra F1 của bộ so sánh.

Hình 1-10: Sơ đồ so sánh 2 số nhiều bít
Thực chất đây là phơng pháp so sánh 2 đại lợng điện theo giá trị tuyệt
đối, việc so sánh này đợc thực hiện bằng sơ đồ phần cứng.
8.2/ Phơng pháp so sánh 2 đại lợng điện theo giá trị góc pha bằng phơng
pháp phần mềm
Nh ta đà biết trong rơle cảm ứng, mômen quay tạo ra bởi 2 đại lợng
điện A và B xác định bởi công thức:
M q = k . A . B . sinϕ

(1-2)

víi:
k: lµ hƯ sè tû lƯ
ϕ : góc lệch pha giữa hai véc tơ A và B.
Nếu ta sư dơng bé vi xư lý trong r¬le sè, ta cũng có thể tạo ra đại lợng tỷ
lệ với Mq theo các giá trị véc tơ đầu vào A vµ B. ThËt vËy, nÕu lÊy tÝch cđa 2 sè
phøc A vµ B :
S = A.B * = (A x + jA y ).(B x − jB y)
= A x .B x + A y. .B y + j(A y. B x A x .B y )

(1-3)

ở đây, dấu * chỉ số phức liên hợp
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

29


.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Ax, Ay, Bx, By tơng ứng là các phần tử thực và ảo của các véc tơ A và B.
góc véc tơ S cũng là góc của véc tơ A/B và là góc mà véc tơ A vợt trớc véc tơ
B, trong trờng hợp này bằng .
Nếu cho góc của véc t¬ B b»ng 0, ta cã:
Bx = B ; By = 0
A · = A . cosϕ ; A y = A . sinϕ

(1-4)

khi ®ã:

S = A . B . cosϕ + j A . B . sinϕ
= P + jQ

(1-5)

Víi P = A . B . cosϕ ; Q = A . B .sin

Các đại lợng P và Q là các bộ so sánh pha hai đầu vào. Bộ so sánh P có
giá trị cực đại khi A và B b»ng nhau vỊ gãc pha. Bé so s¸nh Q có giá trị cực đại
khi 2 véc tơ A và B lệch nhau 900. Đây chính là đại lợng tỷ lệ với mômen quay
Mq nh trong rơle cảm ứng khi A và B là các dòng.
Trong rơle số, bộ vi xử lý rẽ ràng nhớ các giá trị P và Q từ các véc tơ đầu
vào, xác định dấu của chúng và xử lý chúng giống nh các bộ so sánh pha của
các rơle cảm ứng.
Để hiểu đợc sự làm việc của các bộ so sánh 2 đầu vào P và Q, ta cần biến
đổi các véc tơ hình sin A và B thành các giá trị lôgic, sao cho A có giá trị lôgic 1
khi A > 0 và giá trị lôgic 0 khi A < 0 (tức A và A ). Tơng tự ta có các biến B và
B . Có thể rễ ràng thấy rằng khi đó S có thể có 4 trạng thái lôgic
A.B; A.B; A.B; A.B .

Tùy theo giá trị lớn hơn 0 hay nhỏ hơn 0 tức A vợt trớc B (0 < ϕ <
1800) hay A chËm sau B (0 > ϕ >1800) ta có 2 trình tự ghi giá trị của S theo sù
biÕn thiªn cđa thêi gian nh− sau:
- NÕu A v−ỵt tr−íc B: A.B; A.B; A.B; A.B
- NÕu A chËm sau B: A.B; A.B; A.B; A.B
NÕu A v−ỵt tr−íc B thì A luôn thay đổi trạng thái thành lôgic ng−ỵc víi B
(thÝ dơ A.B → A.B ), trong khi B luôn thay đổi trạng thái thành lôgic giống nh
với A (thÝ dô A.B → A.B )
NÕu A chËm sau B thì A luôn thay đổi trạng thái giống với B (thÝ dơ
A.B → A.B ), trong khi B lu«n thay đổi trạng thái thành ngợc với A (thí dụ
A.B A.B ).

Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

30

.

Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Dựa vào quy trình biến đổi S khác nhau trong các trờng hợp lớn hơn
hay nhỏ hơn 0, phần mềm xử lý trong rơle số sẽ xác định hớng của các véc tơ A
và B so với nhau, để ra quyết định điều khiển. Nguyên lý này đà đợc sử dụng
trong rơlr định hớng công suất dùng vi xử lý.
9/ Các bộ phận khác của rơle số
9.1/ Các bộ nhớ
Trong rơle số, các bộ nhớ thờng chiếm một vùng nào đó trong miềm địa
chỉ mà bộ vi xử lý quản lý. Tùy theo từng loại rơle mà các bộ nhớ khác nhau
đợc xử dụng và với các địa chỉ khác nhau.
Các chơng trình cơ bản điều khiển sự làm việc của rơle thờng đợc chứa
trong ROM hoặc EPROM. ROM đợc sử dụng trong trờng hợp rơle đợc sản
suất với số lợng lớn hoặc nhà chế tạo có công nghệ ghi thông tin vào ROM
hoàn thiện. Nhiều nhà chế tạo rơle chọn sử dụng EPROM cho mục đích này khi
sản xuất với số lợng ít, đơn chiếc vì tuy EPROM đắt hơn nhng nó cho phép
sửa chữa các chơng trình đà ghi trong nó.
Thông số chỉnh định của bảo vệ và thông tin về hệ thống điện đợc lu trữ
trong DRAM kiểu CMOS (dùng nguồn riêng) hoặc trong EEPROM hoặc cả 2.
Các bộ RAM động hay còn gọi là RAM không bay hơi (NVRAM) có u điểm là
tốc độ ghi thông tin nhanh song sẽ làm việc trục trặc nếu vì nguyên nhân nào đó
pin nuôi chúng bị sự cố. Vì vậy, thờng thì ngời ta ghi các thông tin này vào
trong bộ nhớ EEPROM. Khi rơle bị mất nguồn nuôi, thông tin trong chúng vẫn
không bị mất đi.
Các văn bản sự kiện và thông tin về sự cố đợc lu trữ trong bộ nhớ
DRAM vì tốc độ ghi nhớ nhanh của chúng. Tại đây cũng lu giữ thông tin về các

giao động điện, các nhiễu loạn, các lịch trình làm việccủa rơle theo thời gian, các
thông tin khác về nơi đặt bảo vệ vv... các dữ liệu thông tin đo lờng, các kết quả
tính toán trung gian đợc lu giữ trong c¸c bé nhí RAM (SRAM hay DRAM)
dïng ngn cung cÊp của rơle. Tại đây cũng lu giữ thông tin về ngày tháng,
thời gian thực. Các giữ liệu này sẽ bị xóa nếu rơle bị mầt nguồn cung cấp. Ngời
vận hành có thể truy xuất văn bản sự kiện từ xa, căn cứ vào ngày tháng ghi trên
đó để biết tình trạng làm việc của rơle.
9.2/ Giao diện với ngời sử dụng
Tại đây thờng đặt màn hình hiển thị thông tin, bàn phím, các đèn LED
báo hiệu và một vài cổng thông tin tuần tự hay song song. Tất cả các bộ phận
này đợc đặt trên cùng một tấm đế và đợc nối với các bộ phận bên trong rơle
qua các dây dẫn mềm kiểu dải băng cho phép tấm đé có thể quay dễ dàng.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Néi

31


. Đồ án tốt nghiệp

Trần Văn Quỳnh - Điện 46

Màn hình đợc sử dụng thờng là loại màn hình tinh thể lỏng LCD, có
một hay vài hàng chữ. Màn hình kiểu điốt phát quang ít đợc sử dụng. Chế độ
làm việc là kiểu văn bản cho phép hiển thị chữ cái và số. Tuy nhiên, trong một số
thiết bị công nghệ mới nhất đà sử dụng màn hình rộng hơn, với chế độ đồ họa có
khả năng hiển thị thông tin tại chỗ mạnh hơn (nh rơle 7SJ531 của Siemens).
Phía sau màn hình thờng có các vi mạch có chức năng giải mà thông tin từ bộ
vi xử lý thành mà màn hình và bộ ROM ký tự màn hình, thông tin đợc truyền
thờng ở dạng song song.
Trong rơle số thì số lợng phím ấn không nhiều nên thờng không có sử

dụng loại bàn phím mà hóa theo ASCII. Tùy theo từng loại rơle , thờng có các
phím sau đợc sử dụng:
- Các phím hiển thị thông tin đo lờng nh dòng, áp, cos , tần số, vv...
- Các phím hiển thị thông tin trạng thái
- Các phím đặt tham số chỉnh định cho rơle
- Các phím giải trừ đèn LED hay rơle (reset) vv...
- Phím ghi thông tin các sự cố gần nhất (fault)
9.3/ Kết cấu lắp giáp
Trong rơle, các chức năng chính đợc chế tạo trên các bản mạch riêng biệt
tạo thành các môđun. Tùy theo từng loại rơle có thể có các môđun sau:
- Môđun nguồn nuôi
- Môđun tín hiệu vào
- Môđun bộ vi xử lý
- Giao diện với ngời sử dụng
Môđun nguồn thờng đợc chế tạo độc lập và đợc che chắn nhiễu cẩn
thận vì đây là nguồn phát sinh nhiễu mạnh. Đôi khi môđun vào và ra tín hiệu
đợc chế tạo chung trên một bản mạch. Tơng tự nh vậy đôi khi môđun thông
tin trong các rơle mới hiện nay chỉ là bản mạch nhỏ gắn trên môđun khác.
Các bản mạch đợc bắt vít vào khung kim loại và đợc nối với nhau qua
dây dẫn mềm và các giắc cắm nhiều chân cho phép có thể tách các môđun dễ
dàng khi sửa chữa. Có thể có một vài màn chắn nhiễu bằng nhôm hay phíp phủ
đồng đợc sử dụng, đặc biệt với môđun chứa bộ vi xử lý.
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

32