Negativ sekvensrelé

Definisjon

En negativ sekvensrelé, også kjent som en ubalansert fase relé, er designet for å beskytte elektrisk system mot negative sekvenskomponenter. Dens primære funksjon er å beskytte generatører og motorer mot ubalanserte belastninger, som typisk oppstår på grunn av fasetil-fase-feil. Når slike feil oppstår, kan negative sekvenskomponenter forårsake unødig varming og mekanisk stress i elektriske maskiner, som potensielt kan føre til alvorlig skade hvis ikke de behandles riktig.

Arbeidsprinsipp og egenskaper

Den negative sekvensrelén inneholder et spesialisert filterkrets som reagerer kun på negative sekvenskomponenter som finnes i det elektriske systemet. Ettersom selv en relativt liten strømforøkelse forårsaket av negative sekvenskomponenter kan skape farlige driftsforhold, er relén konfigurert med en lav strøminnstilling. Dette gjør at den kan oppdage og reagere raskt på subtile ubalanser før de eskalerer til større problemer.

Selv om den negative sekvensrelén er jordet, har denne jordingen hovedsakelig som formål å beskytte mot fase-til-jordfeil. Denne joringen bidrar imidlertid ikke direkte til å redusere fase-til-fase-feil; istedenfor er dens rolle å oppdage de negative sekvenskomponentene som er symptomer på slike feil, og utløse passende beskyttelsesforanstaltninger.

Konstruksjon

Konstruksjonen av den negative sekvensrelén er vist i figuren nedenfor. Den inneholder fire impedanser, merket som Z1, Z2, Z3, og Z4, som er koblet sammen i en brokonfigurasjon. Disse impedansene er spenningsført av strømtransformatorer, som prøver strømmen fra systemet som skal beskyttes. Reléns arbeidsbobin er koblet til midtpunktene i denne brokretsen. Denne spesielle konfigurasjonen lar relén nøyaktig oppdage tilstedeværelsen og styrken av negative sekvenskomponenter ved å analysere spenningsforskjeller over broarmene, noe som gir pålitelig og nøyaktig drift for beskyttelsen av elektriske systemer.

I kretsen til den negative sekvensrelén viser Z1 og Z3 ren resistiv karakter, mens Z2 og Z4 har både resistiv og induktiv egenskaper. Verdien av impedansene Z2 og Z4 er nøye justert slik at strømmen som passerer gjennom dem jevnlig ligger 60 grader bak strømmen som flyter gjennom Z1 og Z3.

Når strømmen når kontakten A, deles den inn i to grenser, nemlig I1 og I4. Markedt, strømmen I4 ligger 60 grader bak strømmen I1. Dette spesifikke fasenavnet forholdet er grunnleggende for den korrekte funksjonen av den negative sekvensrelén, som lar den nøyaktig oppdage og reagere på negative sekvenskomponenter i det elektriske systemet.

På samme måte deler strømmen fra fase B ved kontakten C seg inn i to like komponenter I3 og I2, hvor I2 ligger 60º bak I3.

Strømmen I4 ligger 30 grader bak I1. På samme måte ligger I2 30 grader bak IB, mens I3 ligger 30 grader foran IB. Strømmen som flyter gjennom kontakten B er lik den algebraiske summen av I1, I2, og IY. Dette nøyaktige fasenavnet forholdet og strømsummasjonen ved kontakten B er kritisk for den korrekte funksjonen av den negative sekvensrelén, som sikrer dens evne til nøyaktig å oppdage ubalanserte forhold i det elektriske systemet ved å analysere faseskilnaden og magnituden mellom disse strømmer.

Flyt av positiv sekvensstrøm

Fasordiagrammet som viser positive sekvenskomponenter er illustrert i figuren nedenfor. I et scenario der lasten er balansert, mangler den negative sekvensstrømmen. Under slike omstendigheter kan strømmen som passerer gjennom reléen beskrives ved følgende ligning. Forholdet mellom den balanserte lasttilstanden, fraværet av negativ sekvensstrøm, og strømmen gjennom reléen er grunnleggende for å forstå den normale operasjonen og beskyttelsesfunksjonene i det elektriske systemet.

Operasjon under balanserte forhold

Dermed forbli reléen aktiv under drift av et balansert elektrisk system, som sikrer kontinuerlig overvåking og klarhet til å reagere på eventuelle potensielle anomali.

Flyt av negativ sekvensstrøm

Som illustrert i figuren ovenfor, har strømmer I1 og I2 like storheter. På grunn av deres like og motsatte natur, nuller de hverandre effektivt ut. Dermed traverserer bare strømmen IY arbeidsbobinene i reléen. For å beskytte mot de skadelige effektene av selv mindre overbelastninger, som kan raskt eskalere til alvorlige systemproblemer, er reléens strøminnstilling bevisst holdt lavere enn normal fullbelasted strøm. Denne sensitive kalibreringen lar reléen raskt oppdage og reagere på ubalanserte forhold forårsaket av negative sekvenskomponenter.

Flyt av nullsekvensstrøm

I tilfellet nullsekvensstrøm er strømmer I1 og I2 faseforskjøvet fra hverandre med en vinkel på 60 grader. Resultatet av disse to strømmer er i fase med strømmen IY. Dermed oplever arbeidsbobinen i reléen en totalstrøm som er nøyaktig dobbelt så stor som nullsekvensstrømmen. Det er viktig å merke seg at ved å koble strømtransformatorer (CTs) i en delta-konfigurasjon, kan reléen gjøres inaktiv for nullsekvensstrømmer. I denne deltakoblingen flyter nullsekvensstrømmer ikke gjennom reléen, noe som gir mulighet til selektivt å filtrere eller omgå bestemte typer feilstrømmer basert på systemets beskyttelsesbehov.

Induksjonstype negativ sekvensrelé

Konstruksjonen av en induksjonstype negativ fase sekvensrelé ligner tett på en induksjonstype overstrømningrelé. Den inneholder en metallplate, vanligvis laget av aluminium, som roterer mellom to elektromagneter: en øverste elektromagnet og en nedre elektromagnet.

Øverste elektromagnet er utstyrt med to vindinger. Primærspolen til øverste elektromagnet er koblet til sekundær siden av strømtransformator (CT) koblet til linjen som skal beskyttes. Samtidig er sekundærspolen til øverste elektromagnet koblet i serie med vindinger til nedre elektromagnet.

På grunn av tilstedeværelsen av en sentraltapping, har primærspolen til reléen tre terminaler. Fase R, med hjelp av CTs og en hjelpe-transformator, energiforser den øverste halvdelen av reléen, mens fase Y energiforser den nedre halvdelen. Hjelpe-transformator er spesielt justert slik at dens utgang ligger 120º bak snarere enn den konvensjonelle 180º.

Operasjon med positive sekvensstrømmer

Når positive sekvensstrømmer er til stede, flyter strømmer IR og IY gjennom primærspoler i reléen i motsatt retning. Strømmer I’R og I’Y har like storheter. Denne balanserte strømflyten sikrer at reléen forbli i en inaktiv tilstand, da det ikke er noen nettokraft til å utløse dens operasjon.

Operasjon med negative sekvensstrømmer

Ved en feil, blir negativ sekvensstrøm I indusert til å flyte gjennom primærspolen i reléen. Denne negative sekvensstrømmen forstyrrer likevekten i reléen, og setter i gang en rekke hendelser som fører til reléens aktivering og deretter beskyttelsesaksjon.

Reléen vil initiere sin operasjon når størrelsen på feilstrømmen overstiger den forhåndsinnstilte verdien for reléen. Dette betyr at når feilstrømmen blir stor nok til å overskride den spesifikke terskelen bestemt for reléen, utløses reléen til å utføre sin beskyttelsesfunksjon i det elektriske systemet.