Relé pro zápornou sekvenci

Definice

Relé pro zápornou sekvenci, také známé jako relé pro nesouměrnost fází, je navrženo k ochraně elektrického systému před zápornými sekvencemi. Jeho hlavním úkolem je chránit generátory a motory před nerovnoměrnými zatíženími, které obvykle vznikají v důsledku mezi-fázových poruch. Když dojde k těmto poruchám, mohou záporné sekvence způsobit nadměrné zahřívání a mechanické namáhání elektrických strojů, což může vést k závažnému poškození, pokud nejsou tyto problémy řádně vyřešeny.

Princip fungování a vlastnosti

Relé pro zápornou sekvenci obsahuje specializovaný filtr, který reaguje pouze na záporné sekvence přítomné v elektrickém systému. Protože i relativně malá přetoky způsobené zápornými sekvencemi mohou vytvářet nebezpečné pracovní podmínky, je relé nastaveno s nízkou prourovou hodnotou. To mu umožňuje detekovat a rychle reagovat na jemné nerovnováhy, než se změní v závažné problémy.

I když je relé pro zápornou sekvenci zazemleno, toto zazemlení slouží primárně k ochraně proti fáze-na-zem poruchám. Nicméně, neposkytuje přímou ochranu proti mezi-fázovým poruchám; místo toho detekuje záporné sekvence, které jsou symptomatické pro takové poruchy, a aktivuje vhodná ochranná opatření.

Konstrukce

Konstrukce relé pro zápornou sekvenci je znázorněna na následujícím obrázku. Obsahuje čtyři impedancie, označené jako Z1, Z2, Z3 a Z4, které jsou propojeny v mostovitém uspořádání. Tyto impedancie jsou napájeny transformátory proudu, které vzorkují elektrický proud ze systému pod ochranou. Cívek relé je připojena k středům tohoto mostovitého obvodu. Toto specifické uspořádání umožňuje relé přesně detekovat přítomnost a velikost záporných sekvencí analýzou rozdílů napětí mezi rameny mostu, což umožňuje spolehlivou a přesnou operaci pro ochranu elektrických systémů.

V obvodu relé pro zápornou sekvenci mají Z1 a Z3 čistě odporové charakteristiky, zatímco Z2 a Z4 mají jak odporové, tak induktivní vlastnosti. Hodnoty impedancií Z2 a Z4 jsou pečlivě upraveny tak, aby proudy procházející těmito cestami konstantně zpožděly proudy procházející Z1 a Z3 o úhel 60 stupňů.

Když proud dosáhne spoje A, rozdělí se na dvě větve, I1 a I4. Významně, proud I4 zpožděvá proud I1 o přesně 60 stupňů. Tato specifická fázová rozdílová relace je zásadní pro správné fungování relé pro zápornou sekvenci, umožňuje mu přesně detekovat a reagovat na záporné sekvence v elektrickém systému.

Podobně, proud z fáze B se rozděluje ve spoji C na dvě rovnocenné složky I3 a I2, kde I2 zpožděvá I3 o 60º.

Proud I4 zpožděvá I1 o úhel 30 stupňů. Podobně, I2 zpožděvá IB o 30 stupňů, zatímco I3 předstihuje IB o stejný 30-stupňový okraj. Proud procházející spojem B je ekvivalentní algebraickému součtu I1, I2 a IY. Tato přesná fázová relace a součet proudů ve spoji B jsou klíčové pro správné fungování relé pro zápornou sekvenci, zajistí jeho schopnost přesně detekovat nerovnovážné podmínky v elektrickém systému analýzou fázových a magnitudních rozdílů mezi těmito proudy.

Tok kladné sekvence proudu

Fázorový diagram zobrazující kladné sekvence je znázorněn na následujícím obrázku. V situaci, kdy je zátěž vyvážená, záporná sekvence proudu chybí. V takovém případě lze proud procházející relé popsat následující rovnicí. Tato relace mezi vyváženou zátěží, absencí záporné sekvence proudu a proudem procházejícím relé je zásadní pro pochopení normálního fungování a ochranných funkcí v elektrickém systému.

Fungování za vyvážených podmínek

Následně relé zůstává aktivní během provozu vyváženého elektrického systému, zajišťuje kontinuální monitorování a připravenost reagovat na jakékoliv potenciální anomálie.

Tok záporné sekvence proudu

Jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku, proudy I1 a I2 mají stejné magnitudy. Díky jejich rovnocennosti a opačnému směru se efektivně vyruší. V důsledku toho prochází pouze proud IY cívkami relé. Pro ochranu proti škodlivým účinkům i menších přetoků, které mohou rychle přerůst v závažné systémové problémy, je nastavení proudu relé cílevědomě drženo nižší než normální plně zatížený nominální proud. Tato citlivá kalibrace umožňuje relé rychle detekovat a reagovat na nerovnovážné podmínky způsobené zápornými sekvencemi.

Tok nulové sekvence proudu

V případě nulové sekvence proudu jsou proudy I1 a I2 fázově posunuté o úhel 60 stupňů. Výslednice těchto dvou proudů je fázově shodná s proudem IY. Následně cívka relé zaznamená celkový proud, který je přesně dvakrát větší než magnituda nulové sekvence proudu. Je důležité poznamenat, že připojením transformátorů proudu (CT) v delta uspořádání lze relé pro nulové sekvence proudu zneplatnit. V tomto delta uspořádání nulové sekvence proudu neprocházejí relé, což poskytuje způsob selektivního filtrování nebo obejití určitých typů poruchových proudů v závislosti na požadavcích ochrany systému.

Indukční relé pro zápornou fázovou sekvenci

Konstrukce indukčního relé pro zápornou fázovou sekvenci se blízce podobá konstrukci indukčního relé pro přetok proudu. Obsahuje kovový disk, obvykle vyrobený z hliníkové cívky, který se otáčí mezi dvěma elektromagnety: horním a dolním elektromagnetem.

Horní elektromagnet je vybaven dvěma cívkami. Primární cívka horního elektromagnetu je spojena s sekundární stranou transformátoru proudu (CT) připojeného k chráněnému vedení. Zatímco sekundární cívka horního elektromagnetu je spojena v sérii s cívkami dolního elektromagnetu.

Díky přítomnosti centrálního odvětví má primární cívka relé tři terminály. Fáze R, s pomocí CT a pomocného transformátoru, energizuje horní část relé, zatímco fáze Y energizuje dolní část. Pomocný transformátor je speciálně upraven tak, aby jeho výstup zpožděl o úhel 120º místo běžných 180º.

Fungování s kladnými sekvencemi proudu

Když jsou přítomny kladné sekvence proudu, proudy IR a IY procházejí primárními cívkami relé v opačných směrech. Proud I’R a I’Y mají stejné magnitudy. Tento vyvážený tok proudu zajišťuje, že relé zůstává v neaktivním stavu, protože není žádná síla, která by ho aktivovala.

Fungování s zápornými sekvencemi proudu

V případě poruchy je záporná sekvence proudu I indukována k procházení primární cívkou relé. Tato záporná sekvence proudu ruší rovnováhu v relé, což započne řadu událostí vedoucích k aktivaci relé a následné ochranné akci.

Relé zahájí svou operaci, jakmile magnituda poruchového proudu překročí přednastavenou hodnotu relé. To znamená, že když poruchový proud dosáhne dostatečně velké hodnoty, aby překonal specifickou hranici stanovenou pro relé, relé je aktivováno a provádí svou ochrannou funkci v elektrickém systému.