Relé za negativno zaporedje

Definicija

Negativni zaporedni rele, tudi znani kot neuravnoteženi fazni rele, je zasnovan za zaščito električnega sistema pred negativnimi zaporednimi komponentami. Njegova glavna funkcija je zaščita generatorjev in motorjev pred neravnovesnimi obremenitvami, ki se običajno pojavijo zaradi faznih napak med fazami. Ko se takšne napake zgodo, lahko negativne zaporedne komponente povzročijo prekomerno segrevanje in mehanski stres v električnih strojih, kar lahko vodi do resnih poškodovanj, če ni pravilno obravnavano.

Načelo delovanja in značilnosti

Negativni zaporedni rele vključuje specializiran filter, ki odgovarja le na negativne zaporedne komponente, prisotne v električnem sistemu. Ker celo relativno majhna velikost prekomernega toka, povzročenega negativnimi zaporednimi komponentami, lahko ustvari nevarne delovne pogoje, je rele nastavljen z nizkim tokom. To mu omogoča, da hitro zazna in reagira na subtilna neravnovesja, preden se razvijejo v večje težave.

Čeprav je negativni zaporedni rele zazemljen, ta zazemljenost primarno služi za zaščito pred faznimi napakami med fazo in zemljo. Vendar to neposredno ne zmanjša faznih napak med fazami; njegova vloga je, da zazna negativne zaporedne komponente, ki so simptomatične za take napake, in sproži ustrezen zaščitni ukrep.

Konstrukcija

Konstrukcija negativnega zaporednega rela je prikazana na spodnjem prikazu. Vključuje štiri impedanci, označene kot Z1, Z2, Z3 in Z4, ki so povezane v mostast konfiguracijo. Te impedanci so energizirane z tokovimi transformatorji, ki vzorčijo električni tok iz zaščitenega sistema. Operacijski boben rela je povezan z sredinskimi točkami te mostaste vezave. Ta specifična razporeditev omogoča relu, da natančno zazna prisotnost in velikost negativnih zaporednih komponent z analizo napetostnih razlik med ročnicami mosta, kar omogoča zanesljivo in natančno delovanje za zaščito električnih sistemov.

V vezavi negativnega zaporednega rela imata Z1 in Z3 le uporni lastnosti, medtem ko Z2 in Z4 imata hkrati uporne in induktivne lastnosti. Vrednosti impedanc Z2 in Z4 so natančno prilagojene, tako da tok, ki teče skozi njih, vedno zapostaja tok, ki teče skozi Z1 in Z3, za kot 60 stopinj.

Ko tok doseže priključek A, se razdeli na dva vejca, I1 in I4. Značilno je, da tok I4 zapostaja tok I1 za natanko 60 stopinj. Ta specifična fazna razlika je ključna za pravilno delovanje negativnega zaporednega rela, saj mu omogoča natančno zaznavanje in odzivanje na negativne zaporedne komponente v električnem sistemu.

Podobno se tok iz faze B pri priključku C razdeli na dve enaki komponenti I3 in I2, kjer I2 zapostaja I3 za 60º.

Tok I4 zapostaja I1 za kot 30 stopinj. Podobno zapostaja I2 IB za 30 stopinj, medtem ko I3 vodi IB za isto 30-stopinsko mejo. Tok, ki teče skozi priključek B, je enakovreden algebrski vsoti I1, I2 in IY. Ta natančna fazna razmerja in seštevanje toka pri priključku B so ključna za pravilno delovanje negativnega zaporednega rela, saj zagotavljajo njegovo sposobnost natančnega zaznavanja neravnovesnih stanj v električnem sistemu z analizo faznih in velikostnih razlik med temi tokovi.

Tok pozitivnih zaporednih komponent

Fazorski diagram, ki prikazuje pozitivne zaporedne komponente, je prikazan na spodnjem prikazu. V primeru, ko je obremenitev uravnotežena, negativni zaporedni tok odsotni. V takšnih okoliščinah se tok, ki teče skozi rele, lahko opiše z naslednjo enačbo. Ta povezava med uravnoteženo obremenitveno stanje, odsotnostjo negativnega zaporednega toka in tokom skozi rele je ključna za razumevanje normalnega delovanja in zaščitnih funkcij v električnem sistemu.

Delovanje v uravnoteženih pogojih

Zato ostane rele aktiviran med delovanjem uravnoteženega električnega sistema, kar omogoča stalno spremljanje in pripravljenost na odziv na morebitne anomalije.

Tok negativnih zaporednih komponent

Kot je prikazano na zgornjem prikazu, tok I1 in I2 imata enako velikost. Zaradi njunih enakih in nasprotnih narav se efektivno izničita. Torej samo tok IY preteče operacijske bobne rela. Za zaščito pred škodljivimi posledicami celo manjših prekomernih obremenitev, ki se lahko hitro razvijejo v resne sistemske težave, je nastavitev toka rela namerno nižja od normalnega polnega obremenitvenega toka. Ta občutljiva kalibracija omogoča releu, da hitro zazna in odziva na neravnovesna stanja, povzročena negativnimi zaporednimi komponentami.

Tok ničnih zaporednih komponent

V primeru ničnih zaporednih tokov sta tok I1 in I2 fazno zamakneta za kot 60 stopinj. Rezultanta teh dveh tokov je fazno poravnana s tokom IY. Torej operacijski boben rela prejme skupni tok, ki je natančno dvakrat večji od ničnega zaporednega toka. Pomembno je opozoriti, da z povezavo tokovih transformatorjev (CT) v delta konfiguracijo, lahko rele postane neoperativen za nične zaporedne toke. V tej deltne povezavi nični zaporedni toki ne tečejo skozi rele, kar omogoča selektivno filtriranje ali obhajanje določenih vrst napaknih tokov glede na zahtevke za zaščito sistema.

Indukcijski tip negativnega zaporednega rela

Konstrukcija indukcije tipa negativnega faznega zaporednega rela je podobna konstrukciji indukcije tipa prekomernega toka. Vključuje metalno disk, običajno izdelan iz aluminijevih navoji, ki se vrti med dvema elektromagnetoma: zgornjim in spodnjim elektromagnetom.

Zgornji elektromagnet je opremljen z dvema navoji. Primarni navoj zgornjega elektromagneta je povezan z sekundarno stranjo tokovnega transformatorja (CT), povezanega z linijo, ki jo zaščitimo. Medtem ko je sekundarni navoj zgornjega elektromagneta povezan v seriji z navoji spodnjega elektromagneta.

Zaradi prisotnosti centralnega tapiranja ima primarni navoj rela tri terminala. Faza R, s pomočjo CT-jev in pomočnega transformatorja, energizira zgornji del rela, medtem ko faza Y energizira spodnji del. Pomočni transformator je posebno prilagojen, da njegov izhod zapostaja za kot 120º namesto običajnih 180º.

Delovanje z pozitivnimi zaporednimi tokmi

Ko so prisotni pozitivni zaporedni toki, tok IR in IY teče skozi primarne navoje rela v nasprotnih smerih. Toki I’R in I’Y imata enako velikost. Ta uravnotežen tok zagotavlja, da rele ostane v neaktivnem stanju, ker ni neto sile, ki bi ga sprožila.

Delovanje z negativnimi zaporednimi toki

V primeru napake se negativni zaporedni tok I inducira, da teče skozi primarni navoj rela. Ta negativni zaporedni tok moti ravnovesje znotraj rela, kar sproži vrsto dogodkov, ki vodijo do aktiviranja rela in slednjega zaščitnega ukrepa.

Rele bo začel delovati, ko bo velikost napaknega toka presegla prednastavljeno vrednost rela. To pomeni, da, ko postane napakni tok dovolj velik, da preseže določen prag, določen za rele, je rele sprožen v akcijo, da izvede svojo zaščitno funkcijo znotraj električnega sistema.