Differenciális relé
A kivitelezési rendszerekben használt relék különböző típusúak. Közülük a differenciális relé nagyon gyakran alkalmazott a transzformátorok és generátorok helyi hibáitól való védelmére.
A differenciális relék nagyon érzékenyek a védett zónában bekövetkező hibákra, de kevésbé érzékenyek a védett zónán kívüli hibákra. A legtöbb relé akkor működik, amikor egy mennyiség meghaladja a előre meghatározott értéket, például az áramerősségrelé akkor működik, amikor az áram rajta átmegy a meghatározott értéken. De a differenciális relé elve kissé más. Működése két vagy több hasonló elektromos mennyiség közötti különbségen alapul.
Differenciális relé definíció
A differenciális relé olyan relé, ami akkor működik, amikor két vagy több hasonló elektromos mennyiség közötti különbség meghalad egy előre meghatározott értéket. A differenciális relé sémájában két áram jön két részből az elektromos energiaszállító rendszerből. Ezek két áram találkozik egy csomópontban, ahol egy relé teherkör csatlakoztatva van. A Kirchhoff-áramtörvény szerint a relé teherkörön átmenő eredményül kapott áram semmi mást, csak a két áram összege, ami két különböző részből származik az elektromos energiaszállító rendszerből. Ha a polaritás és az amplitúdó mindkét árám esetén úgy van beállítva, hogy a fázisösszeg ezek két áramnak nulla, normális működési állapotban. Így nincs áram, ami a relé teherkörön áthalad normális működési állapotban. De bármilyen anomáliával az energiaáramlási rendszerben, ha ez az egyensúly megszakad, az azt jelenti, hogy a fázisösszeg ezek két áramnak már nem nulla, és nem-nulla áram fog áthaladni a relé teherkörön, így a relé működni fog.
Az áramdifferenciális sémában két áramátváltó csoport van, mindegyik a védett berendezés mindkét oldalához csatlakoztatva, amit a differenciális relé véd. Az áramátváltók arányát úgy választják, hogy a két áramátváltó másodlagos árama egyenlő legyen méretben.
Az áramátváltók polaritása olyan, hogy a másodlagos áramuk egymást ellensúlyozza. A körből világos, hogy csak akkor létrejön differenciális áram, ha nem-nulla különbség jön létre ezen két másodlagos áram között, és csak ekkor fog áthaladni a relé működtető teherkörén. Ha ez a különbség nagyobb, mint a relé csúcspont értéke, akkor működni fog, hogy a védett berendezést (transzformátort vagy alternátort) elkülönítse a rendszertől. A differenciális relében használt reléelem gyorsműködő vonzókerék típusú, mivel a differenciális sémát csak a védett berendezés belső hibáinak kiküszöbölésére alkalmazzák, tehát a differenciális relének csak a berendezés belső hibáit kell kiküszöbölnie, így a védett berendezést azonnal el kell különíteni, amint a berendezésen belül bármilyen hiba bekövetkezik. Nincs szükség időzítésre a rendszer más reléivel való koordináció érdekében.
Differenciális relé típusai
Főleg két differenciális relé típusa létezik, a működési elv alapján.
Áramegyensúlyi differenciális relé
Feszültegyensúlyi differenciális relé
A áramdifferenciális relében két áramátváltó van a védendő berendezés mindkét oldalán. Az áramátváltók másodlagos ágai sorban vannak csatlakoztatva, hogy ugyanabban az irányban hordozzák az áramátváltó másodlagos áramát.
A relé elem működtető teherkörét az áramátváltók másodlagos ágai között csatlakoztatják. Normál működési feltételek mellett a védett berendezés (elektromos transzformátor vagy alternátor) áramot hordoz. Ebben az esetben, mondjuk, az 1-es áramátváltó másodlagos árama I1, a 2-es áramátváltó másodlagos árama pedig I2. A körből látható, hogy a relé teherkörön áthaladó áram semmi mást, csak I1-I2. Ahogy korábban említettük, az áramátváltók arányát és polaritását úgy választották, hogy I1=I2, tehát nincs áram, ami a relé teherkörön áthalad. Most, ha a CT-k által lefedett zónán kívül történik bármilyen hiba, a hibás áram áthalad az áramátváltók elsődleges ágán, és így az áramátváltók másodlagos áramai is ugyanolyan maradnak, mint a normál működési feltételeknél. Ezért ilyen esetben a relé nem működik. De ha a védett berendezés (transzformátor vagy alternátor) belsejében történik bármilyen földkapcsolás, a két másodlagos áram már nem lesz egyenlő. Ebben az esetben a differenciális relé működni fog, hogy a hibás berendezést (transzformátort vagy alternátort) elválassza a rendszertől.
Ez alapján ez a relérendszer néhány hátránytal adjuk meg:
Lehet, hogy az áramátváltó másodlagos ágától a távoli relépanelig vezető kábel impedanciája nem egyezik meg.
Ezek a pilotkábelek kapacitánságai hibás működést okozhatnak, amikor a berendezésen kívül történik nagy áthelyező hiba.
Az áramátváltók jellemvonásainak pontos egyeztetése nem teljesül, ezért normál működési feltételek mellett is lehet, hogy áram halad a relé teherkörön.
Százalékos differenciális relé
Ez a relé úgy tervezett, hogy a differenciális áramra reagálja a védett szakaszban áthaladó áram történeti viszonyában. Ez a relében, a működtető teherkör mellett vannak tartó teherkörök. A tartó teherkörök ellentétes forgatóerőt gyártanak, mint a működtető teherkör. Normális és áthelyező hibakörülmények között a tartó forgatóerő nagyobb, mint a működtető forgatóerő. Így a relé inaktív marad. Amikor belső hiba történik, a működtető erő meghaladja a torzító erőt, és így a relé működik. A torzító erőt változtathatják, ha változtatják a tartó teherkörök tekercsének számát. Ahogyan az alábbi ábrán látható, ha I1 az 1-es áramátváltó másodlagos árama, és I2 a 2-es áramátváltó másodlagos árama, akkor a működtető teherkörön áthaladó áram I1-I2, a tartó teherkörön áthaladó áram pedig (I1+I2)/2. Normális és áthelyező hibakörülmények között a tartó teherkör által keltett forgatóerő nagyobb, mint a működtető teherkör által keltett forgatóerő, de belső hiba esetén ez fordítva lesz. A torzítási beállítás (I1-I2)/(I1+I2)/2 arányát határozza meg.
A fenti magyarázatból világos, hogy minél nagyobb az áram, ami a tartó teherkörön áthalad, annál nagyobb az áram, ami szükséges a működtető teherkör működéséhez. A relét százalékos relénak nevezik, mert a működéshez szükséges áramot százalékos arányban fejezhetik ki a teljes árhoz képest.
Áramátváltó arány és csatlakozás differenciális relé esetén
Ez a szempont szerint, a csillag alakú tekercsű áramátváltókat delta formában, a delta alakú tekercsű áramátváltókat pedig csillag formában kell csatlakoztatni. Ez a módszer a nulladrendű áramot eliminálja a relé áramkörből.
Ha a CT-k csillag formában vannak csatlakoztatva, a CT arány In/1 vagy 5 A
A CT-k delta formában vannak csatlakoztatva, a CT arány In/0.5775 vagy 5×0.5775 A
Feszültegyensúlyi differenciális relé
Ebben a rendszerben az áramátváltók a berendezés mindkét oldalán olyan módon vannak csatlakoztatva, hogy a két áramátváltó másodlagos ágában indukált EMF-ek ellensúlyozzák egymást. Ez azt jelenti, hogy a két áramátváltó másodlagos ágai ellentétes polaritással vannak sorba kapcsolva. A differenciális relé teherkör valahol a sorba kapcsolt áramátváltó másodlagos ágai által kialakított hurokban van beillesztve, ahogyan az a rajzon látható. Normális működési feltételek között és áthelyező hibakörülmények között a két áramátváltó másodlagos ágában indukált EMF-ek egyenlők és ellentétesek, így nincs áram, ami a relé teherkörön áthalad. De amint bármilyen belső hiba történik a védett berendezésben, ezek az EMF-ek már nem egyensúlyban vannak, és így áram kezd áthaladni a relé teherkörön, és elindítja a védőkapcsolót.
A feszültegyensúlyi differenciális relének néhány hátránya van, mint például a több tapasztalatos transzformátor konstrukció szükségessége, hogy pontosan egyensúlyt teremtsen az áramátváltó párok között. A rendszer alkalmas a relatíve rövid hosszúságú kábelek védelmére, egyébként a pilotdrótok kapacitánsága zavarja a teljesítményt. Hosszú kábeleken a töltőáram elég nagy, hogy a relét működtesse, még ha a áramátváltók közötti egyensúly is tökéletes lenne.
Ezek a hátrányok kiküszöbölhetők a Translay rendszer/séma bevezetésével, ami egy módosított feszültegyensúlyi differenciális relé rendszer. A Translay sémát főleg a vezetékek differenciális védelmére alkalmazzák.
Itt két áramátváltó csoport van a vezeték minden végén. Minden áramátváltó másodlagos ágához egyetlen, dupla tekercsű indukciós relét csatlakoztatnak. Minden áramátváltó másodlagos ága a dupla tekercsű indukciós relé elsődleges ágát táplálja. A relék másodlagos ágai sorban vannak csatlakoztatva, hogy zárt hurokot formáljanak pilotdrótok segítségével. A kapcsolat úgy van beállítva, hogy az egyik relé másodlagos tekercsében indukált feszültség ellensúlyozza a másikat. A kompenzáló eszköz neutralizálja a pilotdrótok kapacitánsági áramait és a két áramátváltó közötti természetes egyensúlyhiányt.
Normális körülmények között és áthelyező hibakörülmények között a vezeték két végén áthaladó áram ugyanaz, így az áramátváltók másodlagos ágában indukált áram is egyenlő. Emiatt a relék elsődleges ágában indukált EMF is ugyanaz, és ennek következtében a relék másodlagos ágában indukált EMF is ugyanaz, de a tekercsek olyan módon vannak csatlakoztatva, hogy ezek az EMF-ek ellentétes irányúak. Így nincs áram, ami a pilot hurokon áthalad, és így nincs működtető forgatóerő, sem az egyik, sem a másik relén.
De ha a vezetékben, az áramátváltók közötti zónában bármilyen hiba történik, a vezetékből kilépő áram különbözik a vezetékbe lépő áramtól. Ennek következtében nincs egyenlőség az áramátváltók másodlagos ágában. Ezek a nem egyenlő másodlagos áramok unbalanced másodlagos indukált feszültséget gyártanak a két relében. Így áram kezd áthaladni a pilot hurokon, és így forgatóerő jön létre a két relében.
Mivel a másodlagos áram iránya ellentétes a relékben, így a forgatóerő az egyik relében a trip kapcsolatok bezárását, a másik relében pedig a trip kapcsolatok normális, nem működtetett állapotban tartását célozza. A működtető forgatóerő függ a hibák pozíciójától és jellegétől a védett zónában. A hibás rész a vezetékből elválasztódik, amikor legalább egy elem a két relé közül működik.
Megjegyzendő, hogy a Translay védelmi sémában zárt réz gyűrűt illesztenek a relé elsődleges mag középső részére. Ezek a gyűrűk neutralizálják a pilot kapacitánsági áramok hatását. A kapacitánsági áramok 90°-kal előrehaladnak a piloton felhalmozott feszültséghez képest, és amikor ilyen alacsony induktív működtető tekercsen áthaladnak, olyan mágneses fluxust hoznak létre, ami 90°-kal előrehalad a pilotfeszültséghez képest. Mivel a pilotfeszültség a relé másodlagos tekercsében indukált, 90°-kal utolérzi a mágneses mezőben a légterületen lévő fluxust. A zárt réz gyűrűket úgy állítják be, hogy a szög közel 90° legyen. Így a diszkus működtető forgatóerője egyfajta, és így nincs forgatóerő a relé diszkusán.
Kijelentés: Tiszteletben tartsa az eredeti anyagot, a jó cikkek megosztásra méltóak, ha sértés esetén lépjen kapcsolatba a törlésével.
