รีเลย์ลำดับลบ

บทนิยาม

รีเลย์ลำดับลบ หรือที่เรียกว่ารีเลย์เฟสไม่สมดุล ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันระบบไฟฟ้าจากองค์ประกอบลำดับลบ หน้าที่หลักของมันคือการปกป้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์จากโหลดที่ไม่สมดุล ซึ่งเกิดขึ้นโดยทั่วไปจากการผิดพลาดระหว่างเฟส เมื่อมีการผิดพลาดเช่นนี้เกิดขึ้น องค์ประกอบลำดับลบสามารถทำให้เกิดความร้อนสูงและความเครียดทางกลในเครื่องจักรไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงหากไม่ได้รับการแก้ไขอย่างเหมาะสม

หลักการทำงานและคุณสมบัติ

รีเลย์ลำดับลบรวมวงจรกรองเฉพาะที่ตอบสนองเฉพาะต่องานองค์ประกอบลำดับลบในระบบไฟฟ้าเท่านั้น เนื่องจากแม้ว่ากระแสเกินที่เกิดจากองค์ประกอบลำดับลบขนาดเล็กมากก็สามารถสร้างสภาพการทำงานที่อันตรายได้ รีเลย์จึงกำหนดค่ากระแสต่ำ เพื่อให้มันสามารถตรวจจับและตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อความไม่สมดุลเล็กๆ น้อยๆ ก่อนที่จะกลายเป็นปัญหาใหญ่

แม้ว่ารีเลย์ลำดับลบจะต่อพื้น แต่การต่อพื้นนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันการผิดพลาดระหว่างเฟสกับพื้น แต่มันไม่ได้ช่วยลดการผิดพลาดระหว่างเฟสโดยตรง แต่หน้าที่ของมันคือการตรวจจับองค์ประกอบลำดับลบซึ่งเป็นอาการของการผิดพลาดดังกล่าวและทริกเกอร์การป้องกันที่เหมาะสม

โครงสร้าง

โครงสร้างของรีเลย์ลำดับลบแสดงในภาพด้านล่าง มันมีอิมพีแดนซ์สี่ตัว แทนด้วย Z1, Z2, Z3, และ Z4 ซึ่งเชื่อมต่อกันในรูปแบบสะพาน อิมพีแดนซ์เหล่านี้ได้รับพลังงานจากแชนเนลแปลงกระแส ซึ่งสุ่มตัวอย่างกระแสไฟฟ้าจากระบบที่ต้องการป้องกัน วงจรคอยล์ทำงานของรีเลย์เชื่อมต่อกับจุดกลางของวงจรสะพานนี้ การจัดเรียงเฉพาะนี้ช่วยให้รีเลย์สามารถตรวจจับการมีอยู่และการวัดขนาดขององค์ประกอบลำดับลบโดยการวิเคราะห์ความแตกต่างของแรงดันระหว่างแขนสะพาน ทำให้การดำเนินงานที่เชื่อถือได้และแม่นยำสำหรับการป้องกันระบบไฟฟ้า

ในวงจรของรีเลย์ลำดับลบ Z1 และ Z3 มีคุณสมบัติที่เป็นต้านทานบริสุทธิ์ ในขณะที่ Z2 และ Z4 มีทั้งคุณสมบัติที่เป็นต้านทานและอินดักทีฟ ค่าของอิมพีแดนซ์ Z2 และ Z4 ได้รับการปรับแต่งอย่างรอบคอบเพื่อให้กระแสที่ผ่านพวกมันล่าช้ากว่ากระแสที่ไหลผ่าน Z1 และ Z3 ด้วยมุม 60 องศา

เมื่อกระแสเข้าสู่จุด A กระแสจะแยกออกเป็นสองสาขา คือ I1 และ I4 โดยที่กระแส I4 ล่าช้ากว่ากระแส I1 ด้วยมุม 60 องศา ความสัมพันธ์ระยะเวลานี้เป็นสิ่งสำคัญในการทำงานที่ถูกต้องของรีเลย์ลำดับลบ ทำให้มันสามารถตรวจจับและตอบสนองต่องานองค์ประกอบลำดับลบในระบบไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ

เช่นเดียวกัน กระแสจากเฟส B แบ่งออกที่จุด C เป็นสองส่วนเท่ากัน I3 และ I2 ซึ่ง I2 ล่าช้ากว่า I3 ด้วยมุม 60º

กระแส I4 ล่าช้ากว่า I1 ด้วยมุม 30 องศา เช่นเดียวกัน I2 ล่าช้ากว่า IB ด้วยมุม 30 องศา ในขณะที่ I3 นำหน้า IB ด้วยมุม 30 องศา กระแสที่ไหลผ่านจุด B เท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของ I1, I2, และ IY ความสัมพันธ์เชิงมุมและผลรวมกระแสที่จุด B นี้เป็นสิ่งสำคัญในการทำงานที่ถูกต้องของรีเลย์ลำดับลบ ทำให้มันสามารถตรวจจับภาวะไม่สมดุลในระบบไฟฟ้าโดยการวิเคราะห์ความแตกต่างของเฟสและขนาดของกระแสเหล่านี้

การไหลของกระแสลำดับบวก

แผนภูมิเฟสที่แสดงองค์ประกอบลำดับบวกแสดงในภาพด้านล่าง ในกรณีที่โหลดอยู่ในภาวะสมดุล กระแสลำดับลบจะไม่มีอยู่ ภายใต้สถานการณ์ดังกล่าว กระแสที่ผ่านรีเลย์สามารถอธิบายได้โดยสมการต่อไปนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างภาวะโหลดสมดุล การขาดหายของกระแสลำดับลบ และกระแสผ่านรีเลย์เป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจการทำงานปกติและฟังก์ชันการป้องกันภายในระบบไฟฟ้า

การทำงานภายใต้ภาวะสมดุล

ดังนั้น รีเลย์จะทำงานอยู่ตลอดเวลาเมื่อระบบไฟฟ้าอยู่ในภาวะสมดุล ทำให้มีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องและพร้อมที่จะตอบสนองต่อความผิดปกติใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้น

การไหลของกระแสลำดับลบ

ตามที่แสดงในภาพด้านบน กระแส I1 และ I2 มีขนาดเท่ากัน เนื่องจากมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม กระแสเหล่านี้จะยกเลิกกันเอง ดังนั้น จะมีเพียงกระแส IY เท่านั้นที่ผ่านคอยล์ทำงานของรีเลย์ เพื่อป้องกันผลกระทบที่เป็นอันตรายจากโหลดเกินแม้กระทั่งขนาดเล็ก ซึ่งสามารถขยายเป็นปัญหาระบบที่รุนแรงอย่างรวดเร็ว ค่ากระแสของรีเลย์จึงถูกตั้งไว้ต่ำกว่าค่ากระแสโหลดเต็มที่ปกติ การปรับเทียบอย่างละเอียดนี้ทำให้รีเลย์สามารถตรวจจับและตอบสนองต่อภาวะไม่สมดุลที่เกิดจากองค์ประกอบลำดับลบได้อย่างรวดเร็ว

การไหลของกระแสลำดับศูนย์

ในกรณีของกระแสลำดับศูนย์ กระแส I1 และ I2 มีเฟสที่เปลี่ยนไปจากกันด้วยมุม 60 องศา ผลรวมของกระแสทั้งสองนี้มีเฟสที่ตรงกับกระแส IY ดังนั้น คอยล์ทำงานของรีเลย์จะได้รับกระแสทั้งหมดที่มีขนาดเป็นสองเท่าของกระแสลำดับศูนย์ ควรทราบว่าโดยการเชื่อมต่อแชนเนลแปลงกระแส (CTs) ในรูปแบบ delta รีเลย์สามารถทำให้ไม่ทำงานสำหรับกระแสลำดับศูนย์ ในการเชื่อมต่อ delta นี้ กระแสลำดับศูนย์จะไม่ไหลผ่านรีเลย์ ให้วิธีการคัดกรองหรือข้ามบางประเภทของกระแสผิดพลาดตามความต้องการในการป้องกันของระบบ

รีเลย์ลำดับลบแบบเหนี่ยวนำ

โครงสร้างของรีเลย์ลำดับลบแบบเหนี่ยวนำคล้ายคลึงกับรีเลย์กระแสเกินแบบเหนี่ยวนำ มันมีแผ่นโลหะ ที่มักจะทำจากขดลวดอลูมิเนียม ซึ่งหมุนระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าสองตัว: แม่เหล็กไฟฟ้าบนและแม่เหล็กไฟฟ้าล่าง

แม่เหล็กไฟฟ้าบนมีสองขดลวด ขดลวดหลักของแม่เหล็กไฟฟ้าบนเชื่อมต่อกับด้านรองของแชนเนลแปลงกระแส (CT) ที่เชื่อมต่อกับสายที่ต้องการป้องกัน ในขณะที่ขดลวดรองของแม่เหล็กไฟฟ้าบนเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้าล่าง

เนื่องจากมีการต่อ tap ตรงกลาง ขดลวดหลักของรีเลย์มีสามขา เฟส R ใช้ CTs และแชนเนลแปลงกระแสเสริมเพื่อให้พลังงานส่วนบนของรีเลย์ ในขณะที่เฟส Y ให้พลังงานส่วนล่าง แชนเนลแปลงกระแสเสริมถูกปรับแต่งให้ออกผลลัพธ์ที่ล่าช้าด้วยมุม 120º แทนที่จะเป็น 180º ตามปกติ

การทำงานกับกระแสลำดับบวก

เมื่อมีกระแสลำดับบวก กระแส IR และ IY จะไหลผ่านขดลวดหลักของรีเลย์ในทิศทางตรงกันข้าม กระแส I’R และ I’Y มีขนาดเท่ากัน การไหลของกระแสที่สมดุลนี้ทำให้รีเลย์อยู่ในสถานะไม่ทำงาน เนื่องจากไม่มีแรงสุทธิที่จะกระตุ้นการทำงาน

การทำงานกับกระแสลำดับลบ

ในกรณีที่เกิดความผิดพลาด กระแสลำดับลบ I จะถูกเหนี่ยวนำให้ไหลผ่านขดลวดหลักของรีเลย์ กระแสลำดับลบดังกล่าวทำลายสมดุลภายในรีเลย์ ส่งผลให้เกิดเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่นำไปสู่การทำงานและปฏิกิริยาป้องกันของรีเลย์

รีเลย์จะเริ่มทำงานเมื่อขนาดของกระแสผิดพลาดเกินค่าที่ตั้งไว้ของรีเลย์ นั่นหมายความว่าเมื่อกระแสผิดพลาดมีขนาดเพียงพอที่จะเกินค่าที่กำหนดสำหรับรีเลย์ รีเลย์จะถูกกระตุ้นให้ทำงานเพื่อทำการป้องกันภายในระบบไฟฟ้า