Реле від’ємної послідовності
Визначення
Реле негативної послідовності, також відоме як реле незбалансованих фаз, призначене для захисту електричної системи від компонентів негативної послідовності. Його основна функція полягає у захисті генераторів і двигунів від незбалансованих навантажень, які зазвичай виникають через міжфазні аварії. При таких аваріях компоненти негативної послідовності можуть спричинити надмірне нагрівання та механічний стрес в електричних апаратам, що може призвести до серйозних пошкоджень, якщо це не буде належним чином вирішено.
Принцип роботи та характеристики
Реле негативної послідовності має спеціалізований фільтруючий контур, який відповідає лише на присутність компонентів негативної послідовності в електричній системі. Оскільки навіть досить невелика величина надпоточчя, спричинена компонентами негативної послідовності, може створити небезпечні умови роботи, реле налаштовано з низькою установкою струму. Це дозволяє йому вчасно виявляти та реагувати на незначні невідповідності, перш ніж вони перетворяться на серйозні проблеми.
Хоча реле негативної послідовності заземлене, це заземлення в основному служить для захисту від міжфазно-земельних аварій. Однак, воно не напряму знижує міжфазні аварії; замість цього, його роль полягає в виявленні компонентів негативної послідовності, які є симптомами таких аварій, та запуску відповідних захисних дій.
Конструкція
Конструкція реле негативної послідовності показана на нижньому малюнку. Воно має чотири імпеданси, позначені як Z1, Z2, Z3 та Z4, які з'єднані в мостовій конфігурації. Ці імпеданси живляться трансформаторами струму, які відбирають електричний струм з системи, яка захищається. Катушка роботи реле з'єднана з серединами цього мостового контуру. Ця конкретна конструкція дозволяє релеві точно виявляти присутність та величину компонентів негативної послідовності, аналізуючи різницю напруг між плечими моста, що забезпечує надійну та точну роботу для захисту електричних систем.
У контурі реле негативної послідовності, Z1 та Z3 мають чисто опорні властивості, тоді як Z2 та Z4 мають як опорні, так і індуктивні властивості. Значення імпедансів Z2 та Z4 скрупульозно налаштовані так, щоб струми, що проходять через них, завжди відставали від струмів, що проходять через Z1 та Z3, на кут 60 градусів.
Коли струм доходить до з'єднання A, він розділяється на дві гілки, а саме I1 та I4. Важливо, струм I4 відстає від струму I1 на точно 60 градусів. Це конкретне фазове відношення є ключовим для правильного функціонування реле негативної послідовності, дозволяючи йому точно виявляти та реагувати на компоненти негативної послідовності в електричній системі.
Подібно, струм з фази B розподіляється на з'єднанні C на дві рівні частини I3 та I2, де I2 відстає від I3 на 60º.
Струм I4 відстає від I1 на кут 30 градусів. Аналогічно, I2 відстає від IB на 30 градусів, тоді як I3 опережає IB на той же 30-градусний марж. Струм, що проходить через з'єднання B, дорівнює алгебраїчній сумі I1, I2 та IY. Це точне фазове відношення та сумування струму на з'єднанні B є критичними для правильного функціонування реле негативної послідовності, забезпечуючи його здатність точно виявляти невідповідності в електричній системі, аналізуючи фазові та величинні різниці серед цих струмів.
Потік струму позитивної послідовності
Фазова діаграма, що ілюструє компоненти позитивної послідовності, показана на нижньому малюнку. У ситуації, коли навантаження балансоване, струм негативної послідовності відсутній. В таких умовах, струм, що проходить через реле, можна описати наступним рівнянням. Це зв'язок між балансованим станом навантаження, відсутністю струму негативної послідовності та струмом через реле є ключовим для розуміння нормального функціонування та захисних функцій в електричній системі.
Функціонування при балансованих умовах
Таким чином, реле залишається активним під час роботи балансованої електричної системи, забезпечуючи неперервний моніторинг та готовність відреагувати на будь-які потенційні аномалії.
Потік струму негативної послідовності
Як показано на верхньому малюнку, струми I1 та I2 мають однакові величини. Через їх рівність та протилежність, вони ефективно взаємно компенсують один одного. В результаті, лише струм IY проходить через катушки роботи реле. Для захисту від шкідливих ефектів навіть незначних перевантажень, які можуть швидко перетворитися на серйозні проблеми системи, установка струму реле намірно тримається нижче, ніж повна навантаження. Ця чутлива настройка дозволяє релеві вчасно виявляти та реагувати на невідповідності, спричинені компонентами негативної послідовності.
Потік струму нульової послідовності
У випадку струму нульової послідовності, струми I1 та I2 зміщені одна від одної на кут 60 градусів. Результат цих двох струмів знаходиться в фазі зі струмом IY. В результаті, катушка роботи реле досить струму, який вдвічі більший за величину струму нульової послідовності. Важливо зазначити, що, з'єднуючи трансформатори струму (CT) в трикутній конфігурації, реле можна зробити неспроможним для струмів нульової послідовності. У цій трикутній конфігурації, струми нульової послідовності не проходять через реле, що надає засіб для вибору чи обходу певних типів аварійних струмів в залежності від потреб захисту системи.
Індукційне реле негативної фазової послідовності
Конструкція індукційного реле негативної фазової послідовності дуже схожа на конструкцію індукційного реле надпоточчя. Воно має металевий диск, зазвичай виготовлений з алюмінієвої катушка, який обертається між двома електромагнітами: верхнім та нижнім.
Верхній електромагніт оснащений двома обмотками. Перша обмотка верхнього електромагніту з'єднана з вторинною стороною трансформатора струму (CT), який з'єднаний з лінією, яка захищається. Між тим, друга обмотка верхнього електромагніту з'єднана в ряд з обмотками нижнього електромагніту.
Благодіяючи наявності центрального з'єднання, первинна обмотка реле має три термінали. Фаза R, з допомогою CT та допоміжного трансформатора, живить верхню половину реле, тоді як фаза Y живить нижню половину. Допоміжний трансформатор специфічно налаштований так, щоб його вихід відставав на кут 120º, а не стандартні 180º.
Функціонування з позитивними струмами послідовності
При наявності позитивних струмів послідовності, струми IR та IY проходять через первинні обмотки реле в протилежних напрямках. Струми I’R та I’Y мають однакові величини. Цей балансований потік струму забезпечує, що реле залишається в неактивному стані, оскільки немає нетто-сили, щоб запустити його роботу.
Функціонування з негативними струмами послідовності
У разі аварії, струм негативної послідовності I викликає потік через первинну обмотку реле. Цей струм негативної послідовності порушує рівновагу в релі, запускаючи серію подій, що призводять до активації реле та наступної захисної дії.
Реле запустить свою роботу, коли величина аварійного струму перевищить передвизначене значення реле. Це означає, що, коли аварійний струм стає достатньо великим, щоб перевищити конкретний поріг, встановлений для реле, реле запускається, щоб виконати свою захисну функцію в електричній системі.
