Relé za zaštitu povratnika je uređaj koji štiti povratnike sustava snage od različitih vrsta kvara, poput kratičnih spojeva, pretjeranih opterećenja, kvarova na zemlju i prekinih vodilaca. Povratnik je prijenosna ili distribucijska crta koja nosi struju od podstanice do opterećenja ili druge podstanice. Relé za zaštitu povratnika su ključni za osiguravanje pouzdanosti i sigurnosti sustava snage, jer mogu brzo otkriti i izolirati kvarove, spriječiti oštećenje opreme i smanjiti ispadanje struje.
Jedan od najčešćih tipova reléa za zaštitu povratnika je relé za zaštitu na udaljenost, također poznat kao impedansni relé. Relé za zaštitu na udaljenost mjeri impedanciju (Z) povratne crte koristeći napon (V) i struju (I) sa odgovarajućeg naponskog transformatora (PT) i transformatora struje (CT). Impedancija se računa dijeljenjem napona sa strujom: Z = V/I.
Relé za zaštitu na udaljenost uspoređuje izmjerenu impedanciju s preddefiniranim postavljanjem vrijednosti, koja predstavlja maksimalnu dopuštenu impedanciju za normalnu operaciju. Ako je izmjerena impedancija niža od postavljene vrijednosti, to znači da postoji kvar na povratnoj crti, i relé će poslati signal za isključivanje prekidača kako bi izolirao kvar. Relé može također prikazati parametre kvara, poput struje kvara, napona, otpora, reaktance i udaljenosti kvara, na svom zaslonu.
Udaljenost kvara je udaljenost od lokacije reléa do lokacije kvara, koja se može procijeniti množenjem izmjerene impedancije s impedancijom povratne crte po kilometru. Na primjer, ako je izmjerena impedancija 10 ohma i impedancija povratne crte po kilometru 0.4 ohma/km, tada je udaljenost kvara 10 x 0.4 = 4 km. Poznavanje udaljenosti kvara može pomoći u brzom lokiranju i popravljanju kvara.
Relé za zaštitu na udaljenost može imati različite karakteristike rada, poput kružne, mho, četverokute ili poligonalne. Karakteristika četverokuta je popularan izbor za moderne numeričke reléa jer pruža više fleksibilnosti i preciznosti u postavljanju zona zaštite.
Karakteristika četverokuta je graf u obliku paralelograma koji definira zonu zaštite reléa. Graf ima četiri osi: unaprijedni otpor (R F), natrag otpor (R B), unaprijedna reaktanca (X F) i natrag reaktanca (X B). Graf također ima kut nagiba zvan ugao karakteristike reléa (RCA), koji određuje oblik paralelograma.
Karakteristika četverokuta može se nacrtati sljedećim koracima:
Postavite R F vrijednost na pozitivnu X-os i R B vrijednost na negativnu X-os.
Postavite X F vrijednost na pozitivnu Y-os i X B vrijednost na negativnu Y-os.
Nacrtajte liniju od R F do X F s nagibom RCA.
Nacrtajte liniju od R B do X B s nagibom RCA.
Dovršite paralelogram povezivanjem R F s R B i X F s X B.
Zona zaštite nalazi se unutar paralelograma, što znači da ako izmjerena impedancija pada unutar te zone, relé će tripovati. Karakteristika četverokuta može pokrivati četiri kvadranta rada:
Prvi kvadrant (R i X vrijednosti su pozitivne): Ovaj kvadrant predstavlja induktivno opterećenje i kvar unaprijed od reléa.
Drugi kvadrant (R je negativan, a X je pozitivan): Ovaj kvadrant predstavlja kapacitivno opterećenje i kvar natrag od reléa.
Treći kvadrant (R i X vrijednosti su negativne): Ovaj kvadrant predstavlja induktivno opterećenje i kvar natrag od reléa.
Četvrti kvadrant (R je pozitivan, a X je negativan): Ovaj kvadrant predstavlja kapacitivno opterećenje i kvar unaprijed od reléa.
Relé za zaštitu na udaljenost može imati različite zone rada, koje su definirane različitim postavljanim vrijednostima impedancije i vremenskog kašnjenja. Zone su dizajnirane da se koordiniraju s drugim reléima u sistemu i pruže rezervnu zaštitu za susjedne povratnike.
Tipične zone rada za relé za zaštitu na udaljenost su:
Zona 1: Ova zona pokriva 80% do 90% duljine povratnika i nema vremensko kašnjenje. Pruža primarnu zaštitu za kvarove unutar ove zone i tripuje odmah.
Zona 2: Ova zona pokriva 100% do 120% duljine povratnika i ima kratko vremensko kašnjenje (obično 0.3 do 0.5 sekundi). Pruža rezervnu zaštitu za kvarove izvan zone 1 ili u susjednim povratnicima.
Zona 3: Ova zona pokriva 120% do 150% duljine povratnika i ima duže vremensko kašnjenje (obično 1 do 2 sekunde). Pruža rezervnu zaštitu za kvarove izvan zone 2 ili u daljim povratnicima.
Neki reléi mogu imati i dodatne zone, poput Zone 4 za proširenje opterećenja ili Zone 5 za prekomjerne kvarove.
Osim reléa za zaštitu na udaljenost, postoje i drugi tipovi reléa za zaštitu povratnika koji se mogu koristiti za različite aplikacije ili u kombinaciji s reléima za zaštitu na udaljenost. Neki primjeri su:
Reléi za zaštitu od prekomjernog opterećenja: Ovi reléi mjeri samo struju i tripuju kada premaši predpostavljenu vrijednost. Jednostavni, jeftini i široko korišteni za radijalne povratnike.
Reléi za diferencijalnu zaštitu: Ovi reléi uspoređuju ulaze struje s obje strane povratnika i tripuju kada postoji neravnoteža između njih. Brzi, selektivni i osetljivi za kratke povratnike ili busbare.
Reléi za smjernu zaštitu: Ovi reléi mjeri i struju i napon i određuju razliku faznog kuta. Tripuju samo kada struja teče u određenom smjeru u odnosu na napon. Korisni za petlju povratnika ili paralelne povratnike.
Reléi za detekciju luka: Ovi reléi koriste senzore svjetlosti i visokobrzinsku detekciju prekomjerne struje za identifikaciju događaja luka na povratnicima. Tripuju brže od konvencionalnih reléa i poboljšavaju sigurnost osoblja.
Odabir reléa za zaštitu povratnika ovisi o različitim faktorima, poput:
Vrsta, duljina, konfiguracija, opterećenje, zemljanje i razina izolacije povratnika
Dostupnost, točnost, trošak, održavanje, komunikacija i integracija reléa
Koordinacija, selektivnost, osetljivost, brzina, pouzdanost, sigurnost i stabilnost shema zaštite
Standardi, propisi, kodeksi, politike i prakse operatora sustava snage
Neki opći smjernici za odabir reléa za zaštitu povratnika su:
Izaberite numeričke reléa umjesto elektromehaničkih ili statičkih reléa za bolju performansu, funkcionalnost, fleksibilnost i dijagnostiku
Izaberite reléa za zaštitu na udaljenost umjesto reléa za zaštitu od prekomjernog opterećenja ili diferencijalne zaštite za dugačke ili složene povratnike
Izaberite karakteristiku četverokuta umjesto kružne ili mho karakteristike za veću točnost i prilagodljivost
Izaberite niskoenergetske analogni senzorski ulaze umjesto konvencionalnih ulaza struje/napona za smanjenje veličine, težine i opasnosti
Izaberite reléa za detekciju luka umjesto konvencionalnih reléa za brže tripovanje i sigurnost osoblja.
Reléi za zaštitu povratnika su ključni uređaji koji štite povrat