سلبی د پایله رالی

تعریف

ریلای منفی سیکوئنس، که به عنوان ریلای نامتعادل فاز نیز شناخته می‌شود، طراحی شده است تا سیستم برق را در برابر مولفه‌های منفی سیکوئنس محافظت کند. عمل اصلی آن محافظت از ژنراتورها و موتورها در برابر بارهای نامتعادل است که معمولاً به دلیل خطا در فاز-به-فاز ظاهر می‌شوند. هنگامی که چنین خطاها رخ می‌دهند، مولفه‌های منفی سیکوئنس می‌توانند گرمای بیش از حد و تنش مکانیکی در دستگاه‌های برق ایجاد کنند که می‌تواند به آسیب شدید منجر شود اگر به درستی بررسی نشود.

اصول کار و ویژگی‌ها

ریلای منفی سیکوئنس شامل مدار فیلتر تخصصی است که فقط به مولفه‌های منفی سیکوئنس موجود در سیستم برق پاسخ می‌دهد. با توجه به اینکه حتی مقدار کوچکی از جریان بیش از حد ناشی از مولفه‌های منفی سیکوئنس می‌تواند شرایط عملیاتی خطرناک ایجاد کند، ریلای با تنظیم جریان پایین پیکربندی شده است. این امر به آن اجازه می‌دهد تا به زودی و قبل از تبدیل شدن به مشکلات بزرگ، به ناهماهنگی‌های جزئی واکنش نشان دهد.

اگرچه ریلای منفی سیکوئنس متصل به زمین است، اما این زمین‌گیری عمدتاً برای محافظت در برابر خطا در فاز-به-زمین است. با این حال، این عمل مستقیماً خطا در فاز-به-فاز را کاهش نمی‌دهد؛ بلکه نقش آن تشخیص مولفه‌های منفی سیکوئنس که نشانه چنین خطاها هستند و اعمال اقدامات محافظتی مناسب است.

ساختار

ساختار ریلای منفی سیکوئنس در شکل زیر نشان داده شده است. آن شامل چهار مانع، به نام Z1، Z2، Z3 و Z4 است که در یک کنفیگوریشن پلی متصل شده‌اند. این موانع توسط ترانسفورماتورهای جریان که جریان الکتریکی را از سیستم تحت حفاظت نمونه‌برداری می‌کنند، تغذیه می‌شوند. سیم پیچ عملیاتی ریلای به نقاط میانی این مدار پلی متصل شده است. این ترتیب خاص به ریلای اجازه می‌دهد تا با تحلیل تفاوت ولتاژ در ارتفاعات پل، وجود و مقدار مولفه‌های منفی سیکوئنس را به صورت دقیق تشخیص دهد و عملکرد قابل اعتماد و دقیقی برای محافظت از سیستم‌های برق فراهم کند.

در مدار ریلای منفی سیکوئنس، Z1 و Z3 ویژگی‌های مقاومتی خالص دارند، در حالی که Z2 و Z4 هم مقاومتی و هم القایی هستند. مقادیر موانع Z2 و Z4 به طور دقیق تنظیم شده‌اند تا جریان‌های عبوری از آنها به طور مداوم ۶۰ درجه پشت سر جریان‌های عبوری از Z1 و Z3 تأخیر کنند.

هنگامی که جریان به نقطه A می‌رسد، به دو شاخه تقسیم می‌شود، به نام I1 و I4. به طور قابل توجه، جریان I4 دقیقاً ۶۰ درجه پشت جریان I1 تأخیر دارد. این رابطه فازی خاص برای عملکرد صحیح ریلای منفی سیکوئنس اساسی است و به آن اجازه می‌دهد تا به طور دقیق مولفه‌های منفی سیکوئنس را در سیستم برق تشخیص دهد و به آن‌ها واکنش نشان دهد.

به طور مشابه، جریان از فاز B در نقطه C به دو مؤلفه مساوی I3 و I2 تقسیم می‌شود، که I2 دقیقاً ۶۰ درجه پشت I3 تأخیر دارد.

جریان I4 دقیقاً ۳۰ درجه پشت I1 تأخیر دارد. به همین ترتیب، I2 دقیقاً ۳۰ درجه پشت IB تأخیر دارد، در حالی که I3 دقیقاً ۳۰ درجه پیش از IB است. جریان عبوری از نقطه B معادل مجموع جبری I1، I2 و IY است. این رابطه زاویه‌ای دقیق و جمع جریان در نقطه B برای عملکرد صحیح ریلای منفی سیکوئنس ضروری است و امکان تشخیص دقیق شرایط نامتعادل در سیستم برق را با تحلیل تفاوت‌های فاز و مقدار بین این جریان‌ها فراهم می‌کند.

جریان مولفه‌های مثبت سیکوئنس

نمودار فازی نشان‌دهنده مولفه‌های مثبت سیکوئنس در شکل زیر نشان داده شده است. در سناریویی که بار در حالت تعادل است، جریان منفی سیکوئنس غایب است. در چنین شرایطی، جریان عبوری از ریلای می‌تواند توسط معادله زیر توصیف شود. این رابطه بین حالت تعادل بار، غیاب جریان منفی سیکوئنس و جریان عبوری از ریلای برای درک عملکرد عادی و عملکردهای محافظتی در سیستم برق اساسی است.

عملکرد در شرایط تعادل

بنابراین، ریلای در طول عملکرد سیستم برق تعادلی فعال می‌ماند و نظارت مداوم و آمادگی برای پاسخ به هر گونه ناهماهنگی بالقوه را فراهم می‌کند.

جریان مولفه‌های منفی سیکوئنس

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، جریان‌های I1 و I2 دارای مقدار مساوی هستند. به دلیل مساوی و مخالف بودن آنها، آنها به طور موثر یکدیگر را لغو می‌کنند. بنابراین، فقط جریان IY از سیم‌پیچ‌های عملیاتی ریلای عبور می‌کند. برای محافظت در برابر اثرات مضر حتی بارهای کوچک، که می‌توانند به سرعت به مشکلات سیستمی بزرگ تبدیل شوند، تنظیم جریان ریلای عمداً کمتر از جریان معمولی بار کامل است. این تنظیم حساس به ریلای اجازه می‌دهد تا به طور سریع و به موقع به شرایط نامتعادل ناشی از مولفه‌های منفی سیکوئنس واکنش نشان دهد.

جریان مولفه‌های صفر سیکوئنس

در مورد جریان صفر سیکوئنس، جریان‌های I1 و I2 با یکدیگر ۶۰ درجه اختلاف فازی دارند. نتیجه این دو جریان در فاز با جریان IY همزمان است. بنابراین، سیم‌پیچ عملیاتی ریلای یک جریان کلی تجربه می‌کند که دقیقاً دو برابر مقدار جریان صفر سیکوئنس است. باید توجه داشت که با اتصال ترانسفورماتورهای جریان (CTs) در کنفیگوریشن دلتا، ریلای می‌تواند برای جریان‌های صفر سیکوئنس غیرفعال شود. در این کنفیگوریشن اتصال دلتا، جریان‌های صفر سیکوئنس از ریلای عبور نمی‌کنند و این روش امکان فیلتر کردن یا دور زدن نوع خاصی از جریان‌های خطا را بر اساس نیازهای محافظت سیستم فراهم می‌کند.

ریلای منفی سیکوئنس القایی

ساختار ریلای منفی سیکوئنس القایی به طور نزدیک شبیه ریلای جریان بیش از حد القایی است. آن شامل یک دیسک فلزی است که معمولاً از سیم آلومینیوم ساخته شده و بین دو الکترومغناطیس بالایی و پایینی می‌چرخد.

الکترومغناطیس بالایی دارای دو پیچه است. پیچه اصلی الکترومغناطیس بالایی به سمت ثانویه ترانسفورماتور جریان (CT) متصل شده که به خط تحت حفاظت متصل است. در حالی که پیچه ثانویه الکترومغناطیس بالایی به سری با پیچه‌های الکترومغناطیس پایینی متصل شده است.

به دلیل وجود تاپینگ مرکزی، پیچه اصلی ریلای سه ترمینال دارد. فاز R با کمک CTs و یک ترانسفورماتور کمکی، نیمه بالایی ریلای را تغذیه می‌کند، در حالی که فاز Y نیمه پایینی را تغذیه می‌کند. ترانسفورماتور کمکی به طور خاص تنظیم شده است تا خروجی آن ۱۲۰ درجه تأخیر داشته باشد، نه ۱۸۰ درجه معمولی.

عملکرد با جریان‌های مثبت سیکوئنس

هنگامی که جریان‌های مثبت سیکوئنس موجود هستند، جریان‌های IR و IY از پیچه‌های اصلی ریلای در جهات مخالف عبور می‌کنند. جریان‌های I’R و I’Y دارای مقادیر مساوی هستند. این جریان متعادل اطمینان می‌دهد که ریلای در حالت غیرفعال باقی می‌ماند، زیرا نیروی خالصی برای فعال کردن آن وجود ندارد.

عملکرد با جریان‌های منفی سیکوئنس

در صورت وقوع خطا، جریان منفی سیکوئنس I از پیچه اصلی ریلای عبور می‌کند. این جریان منفی سیکوئنس تعادل در ریلای را مختل می‌کند و موجب مجموعه‌ای از رویدادها می‌شود که به فعال شدن و عملکرد محافظتی ریلای منجر می‌شود.

ریلای عمل خود را آغاز می‌کند زمانی که مقدار جریان خطا از مقدار تنظیم شده ریلای بیشتر شود. این بدان معناست که وقتی جریان خطا به اندازه کافی بزرگ شود تا مقدار آستانه مشخص شده برای ریلای را بیشتر کند، ریلای برای انجام عملکرد محافظتی خود در سیستم برق فعال می‌شود.