Диференциален реле
Релетата, използвани в защитата на електроенергийните системи, са от различни типове. Сред тях диференциалното реле е много често използвано реле за защита на трансформатори и генератори от локализирани дефекти.
Диференциалните релета са много чувствителни към дефектите, които се появяват в зоната на защитата, но са най-малко чувствителни към дефектите, които се появяват извън защитената зона. Повечето релета работят, когато някаква величина надхвърли предварително определена стойност, например реле за прекомерна тока работи, когато токът през него надхвърли предварително определена стойност. Но принципът на диференциалното реле е малко различен. То работи в зависимост от разликата между две или повече подобни електрически величини.
Определение на диференциалното реле
Диференциалното реле е такова, което работи, когато има разлика между две или повече подобни електрически величини, надхвърлящи предварително определена стойност. В схемата на диференциалното реле има два тока, идващи от две части на електроенергийната система. Тези два тока се срещат в точка на съединение, където е свързана бобина на реле. Според законът на Кирхоф за тока, резултантният ток, минаващ през бобината на реле, е нищо друго, освен сумата на двата тока, идващи от две различни части на електроенергийната система. Ако полярността и амплитудата на двата тока са така регулирани, че фазорната сума на тези два тока да е нула при нормални условия на работа. По този начин няма ток, минаващ през бобината на реле при нормални условия на работа. Но при някаква аномалия в електроенергийната система, ако този баланс бъде нарушен, тоест фазорната сума на тези два тока вече не остава нула и ще има ненулев ток, минаващ през бобината на реле, като реле се активира.
В схемата на диференциалния ток има два комплекта токоизмерватели, свързани от всяка страна на оборудването, защитено от диференциално реле. Отношението на токоизмервателите е така избрано, че вторичните токове на двата токоизмервателя съвпадат по величина.
Полярността на токоизмервателите е такава, че вторичните токове на тези ТИ противодействат един на друг. От схемата е ясно, че само ако се създаде ненулева разлика между тези вторични токове, тогава диференциалният ток ще протече през операционната бобина на реле. Ако тази разлика е по-голяма от пиково значение на реле, то ще се активира, за да отвори автоматичните предпазни устройства, за да изолира защитеното оборудване от системата. Релейния елемент, използван в диференциалното реле, е магнит с привличане на моментално действие, тъй като диференциалната схема е адаптирана единствено за изчистване на дефектите вътре в защитеното оборудване, с други думи, диференциалното реле трябва да изчисти само вътрешните дефекти на оборудването, затова защитеното оборудване трябва да бъде изолирано веднага, щом се появи дефект в самото оборудване. Не е необходимо никакво забавяне за координация с други релета в системата.
Типове диференциални релета
Основно има два типа диференциални релета в зависимост от принципа на работа.
Реле за балансиране на тока
Реле за балансиране на напрежението
В реле за диференциален ток се инсталират два токоизмервателя от всяка страна на оборудването, което трябва да бъде защитено. Вторичните вериги на ТИ са свързани поред така, че те да носат вторичния ток на ТИ в същата посока.
Операционната бобина на релейния елемент е свързана през вторичната верига на ТИ. При нормални условия на работа, защитеното оборудване (или трансформатор, или алтернатор) носи нормален ток. В тази ситуация, вторичният ток на ТИ1 е I1 и вторичният ток на ТИ2 е I2. От схемата е ясно, че токът, минаващ през бобината на реле, е нищо друго, освен I1-I2. Както казахме по-рано, отношението и полярността на токоизмервателите са така избрани, че I1 = I2, затова няма ток, минаващ през бобината на реле. Сега, ако се появи дефект вън от зоната, покрита от ТИ, дефектният ток протича през первичните обмотки на двата токоизмервателя и вторичните токове на двата токоизмервателя остават същите, както при нормални условия на работа. Следователно в тази ситуация реле няма да се активира. Но ако се появи дефект на земята вътре в защитеното оборудване, както е показано, двата вторични тока вече няма да са равни. В този случай диференциалното реле се активира, за да изолира дефектното оборудване (трансформатор или алтернатор) от системата.
Принципно този тип релейни системи има някои недостатъци
Може да има вероятност за несъответствие на импеданса на кабела от вторичната обмотка на ТИ до удалената релейна панел.
Емпиридът на тези пилотни кабели причинява неверна работа на реле, когато се появи големи дефекти извън оборудването.
Точното съответствие на характеристиките на токоизмервателите не може да бъде постигнато, затова може да има ток, протичащ през реле при нормални условия на работа.
Процентно диференциално реле
Това е проектирано да реагира на диференциалния ток в термини на неговата частично съотношение към тока, протичащ през защитената секция. В този тип реле има допълнителни ограничаващи бобини, освен операционната бобина на реле. Ограничаващите бобини произвеждат момента, противоположен на операционния момент. При нормални и дефектни условия, ограничаващият момент е по-голям от операционния момент. Следователно реле остава неактивно. Когато вътрешен дефект се появи, операционната сила надвишава ограничителната сила и следователно реле се активира. Тази ограничителна сила може да бъде регулирана, като се варира броят на завоите на ограничаващите бобини. Както е показано на фигурата по-долу, ако I1 е вторичният ток на ТИ1 и I2 е вторичният ток на ТИ2, тогава токът през операционната бобина е I1 – I2 и токът през ограничаващата бобина е (I1 + I2)/2. При нормални и дефектни условия, моментът, произведен от ограничаващите бобини, поради тока (I1+ I2)/2, е по-голям от моментът, произведен от операционната бобина, поради тока I1– I2, но при вътрешен дефект тези стават обратни. И настройката на ограничителната сила се дефинира като съотношението на (I1– I2) към (I1+ I2)/2.
От горния обяснение е ясно, че колкото по-голям е токът, протичащ през ограничаващите бобини, толкова по-висока е стойността на тока, необходима за операционната бобина, за да се активира. Реле се нарича процентно, защото токът, необходим за спускане, може да бъде изразен като процент от тока, протичащ през системата.
Съотношение и връзка на ТИ за диференциално реле
Това проста правило е, че токоизмервателите на всяка звезда обмотка трябва да са свързани в триъгълник, а токоизмервателите на всяка триъгълнична обмотка трябва да са свързани в звезда. Това се прави, за да се елиминира нулевата последователност на тока в релейната верига.
Ако ТИ са свързани в звезда, съотношението на ТИ ще бъде In/1 или 5 A
ТИ, които трябва да са свързани в триъгълник, съотношението на ТИ ще бъде In/0.5775 или 5×0.5775 A
Реле за балансиране на напрежението
В тази конфигурация токоизмервателите са свързани от всяка страна на оборудването по такъв начин, че ЕМФ, индуцирана в вторичната обмотка на двата токоизмервателя, ще се противопоставят една на друга. Това означава, че вторичните обмотки на токоизмервателите от двете страни на оборудването са свързани поред с противоположна полярност. Диференциалната бобина на реле е включена някъде в контура, създаден от сериената връзка на вторичните обмотки на токоизмервателите, както е показано на фигурата. При нормални условия на работа и при дефектни условия, ЕМФ, индуцирани в двата вторични токоизмерватели, са равни и противоположни една на друга, и следователно няма ток, минаващ през бобината на реле. Но веднага, щом се появи вътрешен дефект в оборудването, тези ЕМФ вече не са балансирани, и следователно ток започва да протича през бобината на реле, като активира автоматичното предпазно устройство.
Има някои недостатъци в реле за балансиране на напрежението, като например, е необходима конструкция на многотапов трансформатор, за да се постигне точен баланс между двойките токоизмерватели. Системата е подходяща за защита на кабели с относително кратка дължина, в противен случай емпиридът на пилотните жici наруши работата. На дълги кабели зареждащият ток ще бъде достатъчен, за да се активира реле, дори и да се постигне перфектен баланс на токоизмервателите.<
