Negativ sekvens relæ

Definition

En negativ sekvens relæ, også kendt som en ubalanceret fase relæ, er designet til at beskytte elektriske systemer mod negative sekvenskomponenter. Dens primære funktion er at beskytte generatorer og motorer mod ubalancebelasted, der typisk opstår på grund af fasesammenbrud. Når sådanne fejl opstår, kan de negative sekvenskomponenter forårsage overdreven opvarmning og mekanisk spænding i elektriske maskiner, hvilket potentielt kan føre til alvorlige skader, hvis det ikke behandles ordentligt.

Arbejdsmåde og egenskaber

Det negative sekvens relæ inkluderer et specialiseret filterkredsløb, der kun reagerer på de negative sekvenskomponenter, der findes i det elektriske system. Eftersom selv en relativt lille styrke af overstrøm, forårsaget af negative sekvenskomponenter, kan skabe farlige driftsforhold, er relæet konfigureret med en lav strømindsætning. Dette gør, at det kan registrere og reagere hurtigt på subtile ubalancer, før de eskalerer til større problemer.

Selvom det negative sekvens relæ er jordet, har denne jordelast hovedsagelig til formål at beskytte mod fase-til-jord-fejl. Det mindsker dog ikke direkte fase-til-fase-fejl; i stedet er dets rolle at registrere de negative sekvenskomponenter, der er symptomer på sådanne fejl, og udløse passende beskyttelsesforanstaltninger.

Konstruktion

Konstruktionen af det negative sekvens relæ vises på figuren nedenfor. Det har fire impedanser, betegnet som Z1, Z2, Z3 og Z4, som er forbundet i en brokonfiguration. Disse impedanser er aktiveret af strømtransformatorer, som prøver den elektriske strøm fra det beskyttede system. Relæets arbejdespire er forbundet til midtpunkterne af dette brokredsløb. Denne specifikke konfiguration gør, at relæet kan præcist registrere tilstedeværelsen og størrelsen af de negative sekvenskomponenter ved at analysere spændingsforskellene over broarmene, hvilket muliggør pålidelig og præcis drift for beskyttelsen af elektriske systemer.

I kredsløbet for det negative sekvens relæ viser Z1 og Z3 rent resistive egenskaber, mens Z2 og Z4 har både resistive og induktive egenskaber. Værdierne for impedanserne Z2 og Z4 er omhyggeligt justeret, så strømmene, der passerer gennem dem, konsekvent ligger bagved strømmene, der flyder gennem Z1 og Z3, med en vinkel på 60 grader.

Når strømmen når til forbindelsen A, deler den sig i to grene, nemlig I1 og I4. Betydeligt, strømmen I4 ligger bagved strømmen I1 præcist 60 grader. Denne specifikke fasen-forhold er fundamental for den korrekte funktionalitet af det negative sekvens relæ, hvilket gør, at det kan præcist registrere og reagere på de negative sekvenskomponenter i det elektriske system.

Lignende, strøm fra fase B splittes ved forbindelsen C i to lige dele I3 og I2, hvor I2 ligger bagved I3 med 60º.

Strømmen I4 ligger bagved I1 med en vinkel på 30 grader. Ligeledes, I2 ligger bagved IB med 30 grader, mens I3 ligger foran IB med samme 30-graders margen. Strømmen, der flyder gennem forbindelsen B, er lig med den algebraiske sum af I1, I2 og IY. Dette præcise vinkelforhold og strømsummation ved forbindelsen B er afgørende for den korrekte funktionalitet af det negative sekvens relæ, hvilket sikrer dets evne til præcist at registrere ubalancerede forhold i det elektriske system ved at analysere fasen og størrelsesforskelle mellem disse strømme.

Flyd af positiv sekvensstrøm

Fasordiagrammet, der viser de positive sekvenskomponenter, vises på figuren nedenfor. I en situation, hvor belastningen er i balance, mangler den negative sekvensstrøm. Under sådanne omstændigheder kan strømmen, der passerer gennem relæet, beskrives ved følgende ligning. Dette forhold mellem den balancerede belastningsforhold, mangel på negativ sekvensstrøm og strømmen gennem relæet er fundamental for at forstå den normale drift og beskyttelsesfunktioner i det elektriske system.

Drift under balancerede forhold

Derfor forbliver relæet aktivt under drift af et balanceret elektrisk system, hvilket sikrer kontinuerlig overvågning og klarhed til at reagere på eventuelle potentielle anomalier.

Flyd af negativ sekvensstrøm

Som illustreret på figuren ovenfor, har strømme I1 og I2 lige størrelser. På grund af deres lige og modsatrettede natur, neutraliserer de effektivt hinanden. Derfor passerer kun strømmen IY gennem arbejdespirene i relæet. For at beskytte mod de skadelige virkninger af endda mindre overlast, som hurtigt kan eskalere til alvorlige systemproblemer, er relæets strømindstilling bevidst sat lavere end den normale fuld-belastnings-strøm. Denne sensitiv kalibrering gør, at relæet hurtigt kan registrere og reagere på ubalancerede forhold, forårsaget af negative sekvenskomponenter.

Flyd af nul sekvensstrøm

I tilfældet med nul sekvensstrøm er strømme I1 og I2 faseforskydte med en vinkel på 60 grader. Resultatet af disse to strømme er faseoverensstemmende med strømmen IY. Derfor oplever arbejdespiren i relæet en total strøm, der præcist er dobbelt så stor som nul sekvensstrømmen. Det er vigtigt at bemærke, at ved at forbinde strømtransformatorerne (CTs) i en delta-konfiguration, kan relæet gøres inaktivt for nul sekvensstrømme. I denne delta-forbindelse setup, flyder nul sekvensstrømme ikke gennem relæet, hvilket giver en metode til selektivt at filtrere eller omgå bestemte typer fejlstrømme, afhængigt af systemets beskyttelsesbehov.

Induktionstype negativ sekvens relæ

Konstruktionen af et induktionstype negativ fase sekvens relæ ligner tæt på den af et induktionstype overstrøm relæ. Det har en metalplade, typisk produceret af en aluminiumsspire, der roterer mellem to elektromagneter: en øverste elektromagnet og en nederste elektromagnet.

Den øverste elektromagnet er udstyret med to vindinger. Primærspiren på den øverste elektromagnet er forbundet til sekundærsiden af strømtransformatorerne (CT), der er forbundet til linjen, der skal beskyttes. Samtidig er sekundærspiren på den øverste elektromagnet forbundet i serie med vindingerne på den nederste elektromagnet.

På grund af tilstedeværelsen af en centertapping har primærspiren i relæet tre terminaler. Fase R, med hjælp fra CTs og en hjælpe-transformator, aktiverer den øverste halvdel af relæet, mens fase Y aktiverer den nederste halvdel. Hjælpe-transformator er specifikt justeret, så dens output ligger bagved med en vinkel på 120º i stedet for den konventionelle 180º.

Drift med positive sekvensstrømme

Når positive sekvensstrømme er til stede, flyder strømme IR og IY gennem primærspirene i relæet i modsat retning. Strømme I’R og I’Y har lige størrelser. Denne balancede strømflyd sikrer, at relæet forbliver inaktivt, da der ikke er noget netto kraft, der kan udløse dets drift.

Drift med negative sekvensstrømme

I tilfælde af en fejl indusceres en negativ sekvensstrøm I til at flyde gennem primærspirene i relæet. Denne negative sekvensstrøm forstyrrer ligevægten i relæet, hvilket sætter gang i en række begivenheder, der fører til relæets aktivering og efterfølgende beskyttelseshandling.

Relæet vil initiere sin drift, når størrelsen af fejlstrømmen overstiger den forudindstillede værdi for relæet. Dette betyder, at når fejlstrømmen bliver stor nok til at overstige den specifikke tærskel, der er fastsat for relæet, aktiveres relæet for at udføre sin beskyttelsesfunktion i det elektriske system.