Реле на отрицателна последователност
Определение
Реле на отрицателна последователност, също известно като реле за несбалансирана фаза, е проектирано да защитава електрическата система от компоненти на отрицателна последователност. Неговата основна функция е да защитава генераторите и моторите от несбалансирана натовареност, която обикновено възниква поради фазни дефектни връзки. Когато такива дефектни връзки се появят, компонентите на отрицателна последователност могат да причинят извънредно нагряване и механични напрежения в електрическите машини, което може да доведе до сериозни повреди, ако не бъдат правилно преодолени.
Принцип на действие и характеристики
Реле на отрицателна последователност включва специализирана филтърна верига, която реагира само на компоненти на отрицателна последователност, налични в електрическата система. Тъй като дори относително малка величина на прекомерния ток, причинен от компоненти на отрицателна последователност, може да създаде опасни условия за работа, реле-то е конфигурирано с ниска стойност на тока. Това му позволява да засича и да реагира незабавно на деликатни дисбаланси, преди те да се превърнат в големи проблеми.
Въпреки че реле-то на отрицателна последователност е заземено, това заземяване в основата служи за защита срещу фазни дефектни връзки към земята. Въпреки това, то не улеснява пряко фазни дефектни връзки; вместо това неговата роля е да засича компонентите на отрицателна последователност, които са симптоматични за такива дефектни връзки, и да активира подходящи защитни действия.
Конструкция
Конструкцията на реле-то на отрицателна последователност е показана на фигурата по-долу. То разполага с четири импеданса, обозначени като Z1, Z2, Z3 и Z4, които са свързани в мостов конфигурация. Тези импеданси са зареждали от трансформатори на тока, които взимат проби от електрическия ток от системата, подлежаща на защита. Оперативната спирала на реле-то е свързана с централните точки на тази мостова верига. Тази конкретна конфигурация позволява на реле-то точно да засича наличието и големината на компонентите на отрицателна последователност, анализирайки разликите в напрежението между мостовите ръце, което осигурява надеждна и точна работа за защита на електрическите системи.
В веригата на реле-то на отрицателна последователност, Z1 и Z3 показват чисто резистивни характеристики, докато Z2 и Z4 притежават както резистивни, така и индуктивни свойства. Стойностите на импедансите Z2 и Z4 са внимателно коригирани, така че токовете, минаващи през тях, постоянно да се забавят след токовете, протичащи през Z1 и Z3, с ъгъл от 60 градуса.
Когато токът достигне разклонението А, той се разделя на две клони, наричани I1 и I4. Значително, токът I4 се забавя след тока I1 с точно 60 градуса. Тази специфична фазна разлика е фундаментална за правилното функциониране на реле-то на отрицателна последователност, позволявайки му точно да засича и да реагира на компонентите на отрицателна последователност в електрическата система.
Подобно, токът от фаза B се разделя при разклонението C на две равни компоненти I3 и I2, I2 се забавя след I3 с 60º.
Токът I4 се забавя след I1 с ъгъл от 30 градуса. По същия начин, I2 се забавя след IB с 30 градуса, докато I3 води IB със същата 30-градусна маржа. Токът, протичащ през разклонението B, е еквивалентен на алгебричната сума на I1, I2 и IY. Тази точна ъглова връзка и сумиране на тока в разклонението B са критични за правилното функциониране на реле-то на отрицателна последователност, гарантирайки способността му да засича точно несбалансираните условия в електрическата система, анализирайки фазните и големиновите разлики между тези токове.
Поток на позитивна последователност на тока
Фазори диаграма, изобразяваща компонентите на позитивна последователност, е показана на фигурата по-долу. В случай, когато натовареността е в сбалансирано състояние, токът на отрицателна последователност отсъства. Под такива обстоятелства, токът, минаващ през реле-то, може да бъде описан от следното уравнение. Тази връзка между сбалансираното състояние на натовареността, отсъствието на ток на отрицателна последователност и токът през реле-то е фундаментална за разбирането на нормалната операция и защитните функции в електрическата система.
Операция при сбалансирано състояние
Следователно, реле-то остава активно по време на операцията на сбалансирана електрическа система, гарантирайки непрекъснато наблюдение и готовност да реагира на всякакви потенциални аномалии.
Поток на ток на отрицателна последователност
Както е показано на фигурата по-горе, токовете I1 и I2 имат равни големини. Поради техния равен и противоположен характер, те ефективно се анулират един друг. Следователно, единствено токът IY преминава през оперативните спирали на реле-то. За да се защити срещу вредните ефекти дори и на малки прекомерни натоварвания, които могат бързо да се превърнат в сериозни системни проблеми, стойността на тока на реле-то е нарочно по-ниска от нормалната стойност на тока при пълна натовареност. Тази чувствителна калибрация позволява на реле-то да засича и да реагира незабавно на несбалансираните условия, причинени от компоненти на отрицателна последователност.
Поток на ток на нулева последователност
В случая на ток на нулева последователност, токовете I1 и I2 са фазно сместени един спрямо друг с ъгъл от 60 градуса. Резултантата от тези два тока се съвпада фазно с тока IY. Следователно, оперативната спирала на реле-то изпитва общ ток, който е точно два пъти по-голям от големината на тока на нулева последователност. Важно е да се отбележи, че чрез свързване на трансформаторите на тока (CTs) в делта конфигурация, реле-то може да бъде направено нефункционално за токове на нулева последователност. В тази конфигурация на делта връзка, токове на нулева последователност не протичат през реле-то, предоставяйки начин за селективно филтриране или обикаляне на определени видове дефектни токове в зависимост от изискванията за защита на системата.
Индукционно реле на отрицателна последователност
Конструкцията на индукционно реле на отрицателна фазова последователност прилича много на конструкцията на индукционно реле на прекомерен ток. То разполага с метален диск, обикновено изработен от алюминиев спирала, който се върти между два електромагнета: горен електромагнет и долен електромагнет.
Горният електромагнет е оборудван с две вити. Първичната вита на горния електромагнет е свързана с вторичната страна на трансформатора на тока (CT), свързан с линията, подлежаща на защита. Междувременно, вторичната вита на горния електромагнет е свързана в поредна връзка с витите на долния електромагнет.
Благодарение на наличието на централно тапе, първичната вита на реле-то има три терминала. Фаза R, с помощта на CTs и допълнителен трансформатор, зарежда горната половина на реле-то, докато фаза Y зарежда долната половина. Допълнителният трансформатор е специално коригиран, така че неговият изход да се забавя с ъгъл от 120º, вместо стандартните 180º.
Операция с токове на позитивна последователност
Когато са налични токове на позитивна последователност, токовете IR и IY протичат през първичните вити на реле-то в противоположни посоки. Токовете I’R и I’Y имат равни големини. Този сбалансиран поток на тока гарантира, че реле-то остава в неактивно състояние, тъй като няма нетна сила, която да задейства неговата операция.
Операция с токове на отрицателна последователност
В случай на дефект, ток на отрицателна последователност I е индуциран да протече през първичната вита на реле-то. Този ток на отрицателна последователност разбива равновесието в реле-то, започвайки серия от събития, които довеждат до активирането и последвалия защитен акт на реле-то.
Реле-то ще започне своята операция, когато големината на дефектния ток надхвърли предварително зададената стойност на реле-то. Това означава, че когато дефектният ток стане достатъчно голям, за да надхвърли специфичния праг, определен за реле-то, то се активира, за да извърши своята защитна функция в електрическата система.
