Protective Relay for Negative Sequence Current

التعريف

يعتبر الريلاي التتابعي السالب، المعروف أيضًا بريلاي عدم التوازن الفازي، مصممًا لحماية النظام الكهربائي من المكونات التتابعي السالبة. وظيفته الأساسية هي حماية المولدات والمحركات من الأحمال غير المتوازنة، والتي تنشأ عادة بسبب أعطال بين الفاز والفاز. عند حدوث مثل هذه الأعطال، يمكن أن تسبب المكونات التتابعي السالبة تسخينًا زائدًا وإجهادًا ميكانيكيًا في الآلات الكهربائية، مما قد يؤدي إلى أضرار شديدة إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح.

مبدأ العمل والمميزات

يحتوي الريلاي التتابعي السالب على دائرة مرشح متخصصة تستجيب فقط للمكونات التتابعي السالبة الموجودة في النظام الكهربائي. نظرًا لأن كمية صغيرة نسبيًا من التيار الزائد الناجم عن المكونات التتابعي السالبة يمكن أن تخلق ظروف عمل خطيرة، يتم ضبط الريلاي بمستوى تيار منخفض. هذا يسمح له بالكشف والاستجابة بسرعة لأي خلل طفيف قبل أن يتفاقم ويصبح مشكلة كبيرة.

على الرغم من أن الريلاي التتابعي السالب مُرَبط بالأرض، فإن هذا التوصيل يهدف أساسًا لحماية ضد أعطال الفاز للأرض. ومع ذلك، فإنه لا يقلل مباشرة من أعطال الفاز إلى الفاز؛ بل دوره هو اكتشاف المكونات التتابعي السالبة التي تكون مؤشرًا على مثل هذه الأعطال وتوجيه الإجراءات الوقائية المناسبة.

البناء

يتم توضيح بناء الريلاي التتابعي السالب في الشكل أدناه. يحتوي على أربع مقاومات، مشار إليها بـ Z1، Z2، Z3، وZ4، وهي مترابطة بطريقة جسر. يتم تغذية هذه المقاومات بواسطة محولات التيار، والتي تقوم بأخذ عينات من التيار الكهربائي من النظام المراد حمايته. يتم توصيل ملف الريلاي العامل في منتصف دائرة الجسر. هذه الترتيب المحدد يسمح للريلاي بالكشف بدقة عن وجود ومقدار المكونات التتابعي السالبة من خلال تحليل الفروقات الكهربائية عبر ذراعي الجسر، مما يسهل التشغيل الموثوق والدقيق لحماية الأنظمة الكهربائية.

في دائرة الريلاي التتابعي السالب، تظهر Z1 وZ3 خصائص مقاومة صافية، بينما تمتلك Z2 وZ4 خصائص مقاومة وإندوكتانس. يتم تعديل قيم المقاومات Z2 وZ4 بدقة بحيث يتأخر التيار المار فيها دائمًا عن التيار المار في Z1 وZ3 بمقدار 60 درجة.

عندما يصل التيار إلى نقطة A، يتفرع إلى فرعين، وهما I1 وI4. من المهم أن يتأخر التيار I4 عن التيار I1 بمقدار 60 درجة. هذه العلاقة الفرق الطوري دقيقة مهمة لعمل الريلاي التتابعي السالب بشكل صحيح، مما يمكّنه من الكشف والاستجابة بدقة للمكونات التتابعي السالبة داخل النظام الكهربائي.

وبالمثل، يتفرع التيار من الفاز B عند نقطة C إلى مكونين متساويين I3 وI2، حيث يتأخر I2 عن I3 بمقدار 60 درجة.

يتخلف التيار I4 عن I1 بمقدار 30 درجة. وبالمثل، يتأخر I2 عن IB بمقدار 30 درجة، بينما يتقدم I3 عن IB بنفس الهامش البالغ 30 درجة. التيار المار عبر نقطة B يعادل المجموع الجبري لـ I1، I2، وIY. هذه العلاقة الزاوية الدقيقة ومجموع التيار في نقطة B هما أساسيان لعمل الريلاي التتابعي السالب بشكل صحيح، مما يضمن قدرته على الكشف بدقة عن حالات عدم التوازن داخل النظام الكهربائي من خلال تحليل الفروق الطورية والمقدارية بين هذه التيارات.

تدفق التيار التتابعي الموجب

يوضح الشكل التالي مخطط الفيزيور الذي يمثل المكونات التتابعي الموجب. في حالة كان الحمل متوازنًا، يكون التيار التتابعي السالب غائبًا. في مثل هذه الظروف، يمكن وصف التيار المار عبر الريلاي بالمعادلة التالية. هذه العلاقة بين حالة الحمل المتوازن، غياب التيار التتابعي السالب، والتيار المار عبر الريلاي هي أساسية لفهم التشغيل الطبيعي والوظائف الحامية داخل النظام الكهربائي.

العمل تحت الظروف المتوازنة

وبالتالي، يبقى الريلاي نشطًا أثناء تشغيل النظام الكهربائي المتوازن، مما يضمن المراقبة المستمرة والاستعداد للرد على أي انحرافات محتملة.

تدفق التيار التتابعي السالب

كما يظهر في الشكل أعلاه، تظهر التيارات I1 وI2 بمقدارات متساوية. بسبب مساواتهما وتعاكشهما، يتم إلغاؤهما بشكل فعال. نتيجة لذلك، يمر فقط التيار IY عبر ملفات الريلاي العاملة. لحماية النظام من آثار حتى الأحمال الزائدة الصغيرة، والتي يمكن أن تتفاقم بسرعة لتتحول إلى مشاكل نظامية شديدة، يتم تحديد مستوى التيار للريلاي أقل من التيار الكامل للحمل الطبيعي. هذه المعايرة الحساسة تسمح للريلاي بالكشف والاستجابة بسرعة لحالات عدم التوازن الناجمة عن المكونات التتابعي السالبة.

تدفق التيار التتابعي الصفري

في حالة التيار التتابعي الصفري، تكون التيارات I1 وI2 متباعدة بزاوية 60 درجة. نتيجة هاتين التيارتين تتوافق في الطور مع التيار IY. وبالتالي، يواجه ملف الريلاي العامل تيارًا إجماليًا يساوي ضعف مقدار التيار التتابعي الصفري. من المهم ملاحظة أنه من خلال توصيل محولات التيار (CTs) بطريقة دلتا، يمكن إيقاف تشغيل الريلاي للتيارات التتابعي الصفري. في هذا الترتيب الدلتا، لا يمر التيار التتابعي الصفري عبر الريلاي، مما يوفر وسيلة لتصفية أو تجاوز بعض أنواع تيارات الأعطال اعتمادًا على متطلبات حماية النظام.

الريلاي التتابعي السالب من نوع الاستقراء

يشبه بناء الريلاي التتابعي السالب من نوع الاستقراء بناء الريلاي الزائد للتيار من نوع الاستقراء. يحتوي على قرص معدني، عادةً ما يتم تصنيعه من سلك الألومنيوم، والذي يدور بين كهرومغناطيسين: كهرومغناطيس علوي وكهرومغناطيس سفلي.

يحتوي الكهرومغناطيس العلوي على ملفين. يتم ربط الملف الأولي لكهرومغناطيس العلوي بالجانب الثانوي لمحول التيار (CT) المتصل بالخط المراد حمايته. بينما يتم توصيل الملف الثانوي لكهرومغناطيس العلوي بشكل متسلسل مع ملفات الكهرومغناطيس السفلي.

بسبب وجود نقطة الوسط، يحتوي الملف الأولي للريلاي على ثلاثة أطراف. يتم تغذية الفاز R، بمساعدة CTs ومحول مساعد، للنصف العلوي من الريلاي، بينما يتم تغذية الفاز Y للنصف السفلي. يتم ضبط المحول المساعد بحيث يكون مخرجاته متأخرة بمقدار 120 درجة بدلاً من التقليدي 180 درجة.

العمل مع التيارات التتابعي الموجبة

عندما تكون هناك تيارات تتابعي موجبة، تتدفق التيارات IR وIY عبر الملفات الأولية للريلاي في اتجاهين متعاكسين. التيارات I’R وI’Y لها مقدارات متساوية. هذا التدفق المتوازن للتيار يضمن أن الريلاي يبقى في حالة غير نشطة، حيث لا يوجد قوة صافية لتحفيز تشغيله.

العمل مع التيارات التتابعي السالبة

في حالة حدوث عطل، يتم توليد تيار تتابعي سالب I ليتدفق عبر الملف الأولي للريلاي. يعكر هذا التيار التتابعي السالب توازن الريلاي، مما يؤدي إلى سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى تشغيل الريلاي وإجراء الحماية اللازمة.

سيبدأ الريلاي في العمل بمجرد أن تتجاوز قيمة التيار العاطفي القيمة المحددة مسبقًا للريلاي. وهذا يعني أنه عندما يصبح التيار العاطفي كبيرًا بما يكفي ليتجاوز العتبة المحددة للريلاي، يتم تشغيل الريلاي للقيام بوظيفته الحامية داخل النظام الكهربائي.