Differentialbeskyttelsesrelæ

Definition

En differentiel beskyttelsesrelæ er et relæ, hvis funktion afhænger af faseforskellen mellem to eller flere elektriske størrelser. Det fungerer på princippet om at sammenligne faser og størrelsen på de samme elektriske størrelser.

Eksempel

Tag sammenligningen af indgående og udgående strøm på en transmissionsledning som eksempel. Hvis størrelsen af indgående strøm i transmissionsledningen overstiger den udgående strøm, indikerer dette, at yderligere strøm løber gennem den på grund af en fejl. Denne forskel i strøm kan aktivere det differentielle beskyttelsesrelæ.

Væsentlige betingelser for funktion

For at et differentielt beskyttelsesrelæ skal fungere korrekt, skal følgende betingelser være opfyldt:

• Netværket, hvor relæet anvendes, bør have to eller flere lignende elektriske størrelser.

• Disse størrelser bør have en faseskævhed på ca. 180º.

Differentialbeskyttelsesrelæer anvendes til beskyttelse af forskellige elektriske komponenter såsom generatorer, transformatorer, forsyninger, store motorer og busbarer. De kan inddeles som følger:

• Strømdifferentialrelæ

• Spændingsdifferentialrelæ

• Forringet eller procentuelt differentialrelæ

• Spændingsbalance differentialrelæ

Strømdifferentialrelæ

Et strømdifferentialrelæ er en type relæ, der registrerer og reagerer på fasedifferencen mellem strømmen, der kommer ind i et elektrisk system, og strømmen, der forlader det. Figuren nedenfor viser en konfiguration, hvor overstrømsrelæer er forbundet for at fungere som et differentialrelæ.

Konfigurationen af overstrømsrelæet er vist på figuren nedenfor. Stiplet linje angiver den del, der er beregnet til at blive beskyttet. Strømtransformatorer (CTs) er placeret på begge ender af den beskyttede zone. Sekundære dele af disse transformatorer er forbundet i række via pilotledninger. Derved flyder strømmene, der induceres i CTs, i samme retning. Arbejdsbobinen i relæet er forbundet til sekundære dele af CTs.

Under normale driftsforhold er størrelserne af strømmerne i sekundære dele af strømtransformatorerne (CTs) identiske, hvilket resulterer i, at ingen strøm flyder gennem arbejdsbobinen. Når en fejl forekommer, bliver størrelserne af strømmerne i CT sekundære ulige, hvilket udløser, at relæet begynder at virke.

Forringet eller procentuelt differentialbobi

Det forringede eller procentuelle differentialrelæ er den mest anvendte type differentialrelæ. Dens konfiguration er lig med strømdifferentialrelæets. Den væsentlige forskel ligger i, at en yderligere forhindrende bobin, der er forbundet i pilotledninger, er inkluderet, som illustreret på figuren nedenfor.

Arbejdsbobinen er forbundet i midten af forhindrende bobin. Når en fejlstrøm forekommer, bliver strømforkortelsen i strømtransformatorerne ubalanceret. Dog løses dette problem effektivt af forhindrende bobin.

Induktionstype forringet differentialrelæ

Induktionstypen forringet differentialrelæ har en skive, der roterer frit mellem elektromagneter. Hver elektromagnet er udstyret med en kobber skyggering, der kan bevæge sig ind og ud af elektromagnet. Skiven påvirkes af både forhindrende og arbejdende elementer, hvilket resulterer i en netto kraft, der virker på den.

Når positionen af skyggerringen er i balance for både arbejdende og forhindrende elementer, bliver den resulterende drejetorque, der virker på ringen, nul. Hvis ringen imidlertid bevæger sig mod jernkernen, vil ulige drejetorquer blive udført på ringen på grund af kombineret indflydelse fra arbejdende og forhindrende bobiner.

Spændingsbalance differentialrelæ

Strømdifferentialrelæet er dårligt egnet til beskyttelse af forsyninger. For at beskytte forsyninger anvendes spændingsbalance differentialrelæer i stedet. I en spændingsbalance differentialrelæopsætning placeres to identiske strømtransformatorer på hver ende af den beskyttede zone og forbinder via pilotledninger.

Disse relæer er forbundet i række med sekundære dele af strømtransformatorerne. De er konfigureret på en måde, der sikrer, at ingen strøm passerer gennem dem under normale driftsforhold. Spændingsbalance differentialrelæet anvender luftkernede strømtransformatorer, hvor spændinger induceres proportionalt til strømmen, der løber gennem dem.

Når en fejl forekommer inden for den beskyttede zone, bliver strømmerne i strømtransformatorerne (CTs) ubalancerede. Denne ubalance forstyrrer spændingerne i CT sekundære. Dermed begynder strøm at flyde gennem arbejdsbobinen i relæet. Som resultat aktiverer relæet og udsteder en kommando til kredsløbsbryderen, der får den til at springe og isolere den defekte del af kredsløbet.