Was ist ein Distanzschutzrelais?

Was ist ein Distanzschutzrelais?

Definition des Impedanzrelais

Ein Impedanzrelais, auch bekannt als Distanzrelais, wird definiert als ein Gerät, das auf der elektrischen Impedanz ausgelöst wird, die vom Ort eines Fehlers bis zum Relais gemessen wird.

Arbeitsprinzip des Distanz- oder Impedanzrelais

Arbeitsprinzip des Impedanzrelais : Das Funktionieren eines Impedanzrelais ist einfach. Es verwendet ein Spannungselement von einem Spannungswandler und ein Stromelement von einem Stromwandler. Die Aktion des Relais hängt vom Gleichgewicht zwischen dem Rückstellmoment (von der Spannung) und dem Ablenkmoment (vom Strom) ab.

Normale vs. Fehlerbedingungen: Unter normalen Bedingungen übersteigt das Rückstellmoment (von der Spannung) das Ablenkmoment (vom Strom), wodurch das Relais inaktiv bleibt. Bei einem Fehler nimmt der Strom zu und die Spannung sinkt, was dieses Gleichgewicht verschiebt und das Relais durch Schließen seiner Kontakte aktiviert. Daher wird die Funktion des Relais durch die Impedanz, also das Verhältnis von Spannung zu Strom, bestimmt.

Aktivierungsschwelle: Das Impedanzrelais aktiviert sich, wenn das Verhältnis von Spannung zu Strom, oder die Impedanz, unter einen vordefinierten Wert fällt. Dies deutet in der Regel auf einen Fehler innerhalb einer bestimmten, vorher festgelegten Entfernung entlang der Übertragungsleitung hin, da die Leitungsimpedanz proportional zu ihrer Länge ist.

Typen von Distanz- oder Impedanzrelais

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Distanzrelais–

Definites Distanzrelais

Dies ist einfach eine Variante des Ausgleichsarmrelais. Hier wird ein Arm horizontal angeordnet und in der Mitte durch eine Scharnierlagerung gestützt. Ein Ende des Arms wird durch die magnetische Kraft des Spannungsspulen, die von einem an der Leitung angeschlossenen Spannungswandler gespeist wird, nach unten gezogen. 

Das andere Ende des Arms wird durch die magnetische Kraft der Stromspule, die von einem in Reihe mit der Leitung geschalteten Stromwandler gespeist wird, nach unten gezogen. Aufgrund der durch diese beiden nach unten gerichteten Kräfte erzeugten Drehmomente bleibt der Arm in einer Gleichgewichtsposition. Das Drehmoment durch die Spannungsspule dient als Rückstellmoment, und das Drehmoment durch die Stromspule dient als Ablenkmoment.

Fehlerreaktion: Bei normalen Betriebsbedingungen hält das größere Rückstellmoment die Relaiskontakte offen. Ein Fehler im geschützten Bereich führt zu einem Spannungsabfall und einem Stromanstieg, was die Impedanz unter die eingestellten Werte senkt. Dieses Ungleichgewicht bewirkt, dass die Stromspule dominiert, den Arm kippt, die Kontakte schließt und den zugehörigen Schaltkreis abschaltet.

Zeitdistanzrelais

Diese Verzögerung passt ihre Betriebszeit automatisch an die Entfernung des Relais vom Fehlerpunkt an. Das Zeitdistanz-Impedanzrelais wird nicht nur je nach Spannungs-Strom-Verhältnis betrieben, sondern seine Betriebszeit hängt auch vom Wert dieses Verhältnisses ab. Das bedeutet,

Aufbau des Zeitdistanz-Impedanzrelais

Relaisaufbau: Das Zeitdistanz-Impedanzrelais enthält ein stromgesteuertes Element, wie beispielsweise ein Doppelwickel-Induktions-Überstromrelais. Sein Mechanismus umfasst einen Spindel mit einer Scheibe, die über eine Spiralfeder mit einer anderen Spindel verbunden ist, die die Relaiskontakte steuert. Ein Elektromagneten, der durch die Spannung des Kreises angesteuert wird, hält diese Kontakte unter normalen Bedingungen offen.

Arbeitsprinzip des Zeitdistanz-Impedanzrelais

Bei normalen Betriebsbedingungen ist die Anziehungskraft des durch den Spannungswandler gespeisten Ankerrades größer als die durch das Induktionselement erzeugte Kraft, daher bleiben die Relaiskontakte in offener Position. Wenn ein Kurzschlussfehler in der Übertragungsleitung auftritt, nimmt der Strom im Induktionselement zu. 

Dann nimmt die Induktion im Induktionselement zu. Dann beginnt das Induktionselement, sich zu drehen. Die Drehgeschwindigkeit des Induktionselements hängt von der Stufe des Fehlers ab, also von der Menge des Stroms im Induktionselement. Während die Scheibe sich dreht, wird die Spiralfederkupplung aufgewickelt, bis die Spannung der Feder ausreicht, um das Ankerstück von der Polfläche des spannungsgesteuerten Magneten wegzuziehen.

Der Winkel, über den die Scheibe reist, bevor das Relais anspricht, hängt von der Anziehungskraft des spannungsgesteuerten Magneten ab. Je größer die Anziehung, desto größer wird die Reise der Scheibe. Die Anziehungskraft dieses Magneten hängt von der Leitungsspannung ab. Je höher die Leitungsspannung, desto größer die Anziehung und desto länger wird die Reise der Scheibe, also ist die Betriebszeit proportional zu V.

Die Drehgeschwindigkeit des Induktionselements ist etwa proportional zum Strom in diesem Element. Daher ist die Betriebszeit umgekehrt proportional zum Strom.

Daher ist die Betriebszeit des Relais,