Speiseleitungs-Schutzrelais: Eine umfassende Anleitung
Ein Fütterungsschutz-Relais ist ein Gerät, das Stromsystem-Fütterungen vor verschiedenen Arten von Fehlern schützt, wie Kurzschlüssen, Überlastungen, Erdfehlern und gebrochenen Leitern. Eine Fütterung ist eine Transmissions- oder Verteilungsleitung, die Strom von einer Umspannanlage zu der Last oder einer anderen Umspannanlage führt. Fütterungsschutzrelais sind entscheidend für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Stromsystemen, da sie Fehler schnell erkennen und isolieren, Schäden an Ausrüstungen verhindern und Stromausfälle minimieren können.
Was ist ein Distanzschutz-Relais?
Eine der häufigsten Arten von Fütterungsschutzrelais ist das Distanzschutz-Relais, auch als Impedanz-Relais bekannt. Ein Distanzschutz-Relais misst den Widerstand (Z) der Fütterungsleitung, indem es die Spannung (V) und Strom (I) von dem entsprechenden Spannungswandler (PT) und Stromwandler (CT) verwendet. Die Impedanz wird berechnet, indem die Spannung durch den Strom geteilt wird: Z = V/I.
Das Distanzschutz-Relais vergleicht die gemessene Impedanz mit einem voreingestellten Wert, der die maximale zulässige Impedanz für den normalen Betrieb darstellt. Wenn die gemessene Impedanz niedriger als der Einstellwert ist, bedeutet dies, dass es einen Fehler auf der Fütterungsleitung gibt, und das Relais sendet ein Auslösesignal an den Schaltkreisbrecher, um den Fehler zu isolieren. Das Relais kann auch die Fehlerparameter, wie Fehlerstrom, Spannung, Widerstand, Reaktanz und Fehlerdistanz, auf seinem Bildschirm anzeigen.
Die Fehlerdistanz ist der Abstand vom Relaisstandort zum Fehlerstandort, der geschätzt werden kann, indem die gemessene Impedanz mit der Leitungsimpedanz pro Kilometer multipliziert wird. Zum Beispiel, wenn die gemessene Impedanz 10 Ohm beträgt und die Leitungsimpedanz pro Kilometer 0,4 Ohm/km, dann beträgt die Fehlerdistanz 10 x 0,4 = 4 km. Das Wissen über die Fehlerdistanz kann helfen, den Fehler schnell zu lokalisieren und zu reparieren.
Wie funktioniert eine Quadrilateral-Kennlinie?
Ein Distanzschutz-Relais kann verschiedene Arbeitskennlinien haben, wie kreisförmig, mho, quadrilateral oder polygonal. Eine quadrilaterale Kennlinie ist eine beliebte Wahl für moderne numerische Relais, da sie mehr Flexibilität und Genauigkeit bei der Einstellung der Schutzzonen bietet.
Eine quadrilaterale Kennlinie ist ein parallelogrammförmiger Graph, der die Schutzzone des Relais definiert. Der Graph hat vier Achsen: Vorwiderstand (R F), Rückwiderstand (R B), Vorreaktanz (X F) und Rückreaktanz (X B). Der Graph hat auch einen Neigungswinkel, genannt Relaischarakteristikwinkel (RCA), der die Form des Parallelogramms bestimmt.
Die quadrilaterale Kennlinie kann mit folgenden Schritten gezeichnet werden:
Setzen Sie den R F-Wert auf der positiven X-Achse und den R B-Wert auf der negativen X-Achse.
Setzen Sie den X F-Wert auf der positiven Y-Achse und den X B-Wert auf der negativen Y-Achse.
Zeichnen Sie eine Linie von R F zu X F mit einer Steigung von RCA.
Zeichnen Sie eine Linie von R B zu X B mit einer Steigung von RCA.
Vervollständigen Sie das Parallelogramm, indem Sie R F mit R B und X F mit X B verbinden.
Die Schutzzone liegt innerhalb des Parallelogramms, was bedeutet, dass, wenn die gemessene Impedanz in diesem Bereich fällt, das Relais auslösen wird. Die quadrilaterale Kennlinie kann vier Quadranten des Betriebs abdecken:
Erster Quadrant (R- und X-Werte sind positiv): Dieser Quadrant repräsentiert eine induktive Last und einen Vorwärtsfehler vom Relais.
Zweiter Quadrant (R ist negativ und X ist positiv): Dieser Quadrant repräsentiert eine kapazitive Last und einen Rückwärtsfehler vom Relais.
Dritter Quadrant (R- und X-Werte sind negativ): Dieser Quadrant repräsentiert eine induktive Last und einen Rückwärtsfehler vom Relais.
Vierter Quadrant (R ist positiv und X ist negativ): Dieser Quadrant repräsentiert eine kapazitive Last und einen Vorwärtsfehler vom Relais.
Welche verschiedenen Betriebszonen gibt es?
Ein Distanzschutz-Relais kann verschiedene Betriebszonen haben, die durch verschiedene Einstellwerte der Impedanz und Zeitverzögerung definiert sind. Die Zonen sind so gestaltet, dass sie mit anderen Relais im System koordiniert arbeiten und zusätzlichen Schutz für benachbarte Fütterungen bieten.
Die typischen Betriebszonen für ein Distanzschutz-Relais sind:
Zone 1: Diese Zone deckt 80% bis 90% der Fütterungslänge ab und hat keine Zeitverzögerung. Sie bietet primären Schutz für Fehler in dieser Zone und löst sofort aus.
Zone 2: Diese Zone deckt 100% bis 120% der Fütterungslänge ab und hat eine kurze Zeitverzögerung (in der Regel 0,3 bis 0,5 Sekunden). Sie bietet zusätzlichen Schutz für Fehler jenseits von Zone 1 oder in benachbarten Fütterungen.
Zone 3: Diese Zone deckt 120% bis 150% der Fütterungslänge ab und hat eine längere Zeitverzögerung (in der Regel 1 bis 2 Sekunden). Sie bietet zusätzlichen Schutz für Fehler jenseits von Zone 2 oder in entfernten Fütterungen.
Einige Relais können auch zusätzliche Zonen haben, wie Zone 4 für Lastübergriffe oder Zone 5 für übersteuernde Fehler.
Welche anderen Arten von Fütterungsschutzrelais gibt es?
Neben Distanzschutz-Relais gibt es andere Arten von Fütterungsschutzrelais, die für verschiedene Anwendungen oder in Kombination mit Distanzschutz-Relais verwendet werden können. Einige Beispiele sind:
Überstromschutz-Relais: Diese Relais messen nur den Strom und lösen aus, wenn er einen vorgegebenen Wert überschreitet. Sie sind einfach, kostengünstig und weit verbreitet für radial angeordnete Fütterungen.
Differenzschutz-Relais: Diese Relais vergleichen Stromeingänge von beiden Enden einer Fütterung und lösen aus, wenn es eine Ungleichgewicht zwischen ihnen gibt. Sie sind schnell, selektiv und empfindlich für kurze Fütterungen oder Busleitungen.
Richtungsschutz-Relais: Diese Relais messen sowohl Strom als auch Spannung und bestimmen ihren Phasenwinkeldifferenz. Sie lösen nur aus, wenn der Strom in einer bestimmten Richtung relativ zur Spannung fließt. Sie sind nützlich für ringförmig angeordnete Fütterungen oder parallele Fütterungen.
Bogenschein-Lichterkennungs-Relais: Diese Relais verwenden Lichtsensoren und Hochgeschwindigkeits-Überstromerkennung, um Bogenschein-Ereignisse auf Fütterungen zu identifizieren. Sie lösen schneller als herkömmliche Relais aus und verbessern die Sicherheit für Personal.
Wie wählt man Fütterungsschutzrelais aus?
Die Auswahl von Fütterungsschutzrelais hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie:
Der Typ, die Länge, Konfiguration, Belastung, Erdung und Isolationsniveau der Fütterungen
Die Verfügbarkeit, Genauigkeit, Kosten, Wartung, Kommunikation und Integration der Relais
Die Koordination, Selektivität, Empfindlichkeit, Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Stabilität der Schutzsysteme
Die Standards, Vorschriften, Codes, Richtlinien und Praktiken der Betreiber von Stromsystemen
Einige allgemeine Richtlinien für die Auswahl von Fütterungsschutzrelais sind:
Wählen Sie numerische Relais gegenüber elektromechanischen oder statischen Relais für bessere Leistung, Funktionalität, Flexibilität und Diagnosemöglichkeiten
Wählen Sie Distanzschutz-Relais gegenüber Überstrom- oder Differenzschutz-Relais für lange oder komplexe Fütterungen
Wählen Sie quadrilaterale Kennlinien gegenüber kreisförmigen oder mho-Kennlinien für höhere Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit
Wählen Sie Niedrigenergie-Analogsensor-Eingänge gegenüber herkömmlichen Strom/Spannung-Eingängen für reduzierte Größe, Gewicht und Sicherheitsrisiken.
Wählen Sie Bogenschein-Lichterkennungs-Relais gegenüber herkömmlichen Relais für schnellere Auslösung und Personalsicherheit.
