Differenzschutzrelais

Definition

Ein Differenzschutzrelais ist ein Relais, dessen Funktion auf der Phasendifferenz von zwei oder mehr elektrischen Größen beruht. Es arbeitet nach dem Prinzip des Vergleichs des Phasenwinkels und der Größe derselben elektrischen Größen.

Beispiel

Nehmen wir den Vergleich der Eingangs- und Ausgangsströme einer Leitung als Beispiel. Wenn die Größe des Eingangsstroms der Leitung die des Ausgangsstroms übersteigt, deutet dies darauf hin, dass aufgrund eines Fehlers zusätzlicher Strom durch sie fließt. Diese Strömungsunterschiede können das Differenzschutzrelais aktivieren.

Wesentliche Bedingungen für die Funktion

Damit ein Differenzschutzrelais ordnungsgemäß funktioniert, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein:

• Das Netzwerk, in dem das Relais eingesetzt wird, sollte über zwei oder mehr ähnliche elektrische Größen verfügen.

• Diese Größen sollten eine Phasenverschiebung von etwa 180° haben.

Differenzschutzrelais werden zur Sicherung verschiedener elektrischer Komponenten wie Generatoren, Transformatoren, Speisern, großen Motoren und Busleitern verwendet. Sie können wie folgt klassifiziert werden:

• Stromdifferenzrelais

• Spannungs-Differenzrelais

• Voreingestelltes oder Prozentsatz-Differenzrelais

• Spannungsbalanz-Differenzrelais

Stromdifferenzrelais

Ein Stromdifferenzrelais ist eine Art von Relais, das die Phasendifferenz zwischen dem in ein elektrisches System eintretenden und aus ihm austretenden Strom erkennt und darauf reagiert. Die unten stehende Abbildung zeigt eine Anordnung, bei der Überstromrelais so verbunden sind, dass sie als Differenzrelais funktionieren.

Die Konfiguration des Überstromrelais ist in der unten stehenden Abbildung dargestellt. Die gestrichelte Linie markiert den Abschnitt, der geschützt werden soll. Stromtransformatoren (CTs) sind an beiden Enden des geschützten Bereichs positioniert. Die Sekundärseiten dieser Transformatoren sind über Pilotleitungen in Reihe verbunden. Als Ergebnis fließen die in den CTs induzierten Ströme in dieselbe Richtung. Die Betriebswicklung des Relais ist mit den Sekundärseiten der CTs verbunden.

Bei normalen Betriebsbedingungen sind die Ströme in den Sekundärseiten der Stromtransformatoren (CTs) identisch, wodurch kein Strom durch die Betriebswicklung fließt. Wenn jedoch ein Fehler auftritt, werden die Ströme in den Sekundärseiten der CTs ungleich, was das Relais zum Betrieb anregt.

Voreingestellte oder Prozentsatz-Differenzwicklung

Das voreingestellte oder prozentuale Differenzrelais ist die am häufigsten verwendete Art von Differenzrelais. Seine Konfiguration ist ähnlich der des Stromdifferenzrelais. Der Hauptunterschied liegt in der Hinzunahme einer zusätzlichen Hemmwicklung, die in den Pilotleitungen verbunden ist, wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt.

Die Betriebswicklung ist an der Mitte der Hemmwicklung verbunden. Wenn ein Fehlerstrom auftritt, wird das Stromverhältnis in den Stromtransformatoren ungleich. Dieses Problem wird jedoch durch die Hemmwicklung effektiv gelöst.

Induktionsartiges voreingestelltes Differenzrelais

Das induktionsartige voreingestellte Differenzrelais verfügt über eine Scheibe, die frei zwischen Elektromagneten rotiert. Jeder Elektromagnet ist mit einem Kupferschattierungsrings ausgestattet, der sich in und aus dem Elektromagneten bewegen kann. Die Scheibe wird sowohl durch die Hemm- als auch durch die Betriebskomponenten beeinflusst, was zu einer resultierenden Kraft führt, die auf sie wirkt.

Wenn die Position des Schattierungsrings für die Betriebs- und Hemmkomponenten ausbalanciert ist, wird das resultierende Drehmoment, das auf den Ring wirkt, null. Wenn der Ring jedoch in Richtung des Eisenkerns bewegt wird, entstehen aufgrund der kombinierten Wirkung der Betriebs- und Hemmwicklungen ungleiche Drehmomente auf dem Ring.

Spannungsbalanz-Differenzrelais

Das Stromdifferenzrelais ist nicht geeignet, um Speiser zu schützen. Um Speiser zu schützen, werden stattdessen Spannungsbalanz-Differenzrelais eingesetzt. In einer Spannungsbalanz-Differenzrelaisanordnung werden zwei identische Stromtransformatoren an beiden Enden des geschützten Bereichs platziert und über Pilotleitungen verbunden.

Diese Relais sind in Serie mit den Sekundärseiten der Stromtransformatoren verbunden. Sie sind so konfiguriert, dass während des normalen Betriebs kein Strom durch sie fließt. Das Spannungsbalanz-Differenzrelais verwendet Luftspulen-Stromtransformatoren, bei denen Spannungen proportional zum durch sie fließenden Strom induziert werden.

Wenn innerhalb des geschützten Bereichs ein Fehler auftritt, werden die Ströme in den Stromtransformatoren (CTs) ungleich. Dieser Ungleichgewicht stört die Spannungen in den Sekundärseiten der CTs. Folglich beginnt Strom durch die Betriebswicklung des Relais zu fließen. Als Ergebnis aktiviert das Relais und gibt einen Befehl an den Schaltkreis, um ihn zu trennen und den defekten Teil des Schaltkreises zu isolieren.