Differensjellås
Reléer som brukes i strømsystembeskyttelse er av ulike typer. Blant dem er differensialrelé svært vanlig brukt for å beskytte transformatorer og generatorer mot lokale feil.
Differensialreléer er veldig følsomme for feil som oppstår innenfor beskyttelsesområdet, men de er minst følsomme for feil som oppstår utenfor det beskyttede området. De fleste reléene fungerer når noen verdi overstiger en forhåndsbestemt verdi, for eksempel fungerer overstrømningssikring når strømmen gjennom den overstiger en forhåndsbestemt verdi. Men prinsippet for differensialrelé er litt annerledes. Det fungerer avhengig av forskjellen mellom to eller flere liknende elektriske størrelser.
Definisjon av Differensialrelé
Differensialreléet er et som fungerer når det er en forskjell mellom to eller flere like elektriske størrelser som overstiger en forhåndsbestemt verdi. I kretsen for differensialreléskemaet kommer det to strømmer fra to deler av et elektrisk strømsystem. Disse to strømmer møtes ved et knutepunkt der en reléspole er koblet. Ifølge Kirchhoffs strømlov er den resulterende strømmen som går gjennom reléspolen ingenting annet enn summen av de to strømmer som kommer fra to ulike deler av det elektriske strømsystemet. Hvis polariteten og amplituden til begge strømmer er justert slik at fassummen av disse to strømmer er null under normale driftsførhold, vil det ikke være noen strøm som går gjennom reléspolen under normale driftsførhold. Men på grunn av eventuelle unormaliteter i strømkretsen, hvis denne balansen brytes, betyr det at fassummen av disse to strømmer lenger ikke er null, og det vil være en ikke-null strøm som går gjennom reléspolen, dermed blir reléet aktivert.
I strømdifferensialschemaet er det to sett med strømtransformatorer hver koblet til hver side av utstyret som beskyttes av differensialrelé. Forholdet mellom strømtransformatorene er valgt slik at sekundærstrømmer fra begge strømtransformatorer stemmer overens i størrelse.
Polariteten til strømtransformatorene er slik at sekundærstrømmene fra disse CT-ene motarbeider hverandre. Fra kretsen er det klart at bare hvis det skapes en ikke-null forskjell mellom disse to sekundærstrømmene, vil denne differensstrømmen gå gjennom driftsspolen til reléet. Hvis denne forskjellen er større enn toppverdien for reléet, vil det fungere for å åpne sirkuitbrytere for å isolere det beskyttede utstyret fra systemet. Reléelementet som brukes i differensialrelé er attrahert armaturtype øyeblikkelig relé siden differensialschemaet kun er tilpasset for å rydde feil inne i det beskyttede utstyret, med andre ord skal differensialrelé kun rydde interne feil i utstyret, så det beskyttede utstyret må isoleres umiddelbart når noen feil oppstår inne i utstyret selv. Det trenger ikke å være noen tidsforsinkelse for koordinering med andre reléer i systemet.
Typer av Differensialrelé
Det er hovedsakelig to typer differensialrelé avhengig av virkningsprinsippet.
Strømbalansedifferensialrelé
Spændningsbalansedifferensialrelé
I strømdifferensialrelé er det to strømtransformatorer montert på hver side av utstyret som skal beskyttes. Sekundærkretsene til CT-ene er koblet i serie på en måte som de bærer sekundærstrøm fra CT-ene i samme retning.
Driftsspolen til reléelementet er koblet over sekundærkretsen til CT-ene. Under normale driftsførhold bærer det beskyttede utstyret (enten strømtransformator eller alternator) normal strøm. I denne situasjonen, si at sekundærstrømmen fra CT1 er I1 og sekundærstrømmen fra CT2 er I2. Det er også klart fra kretsen at strømmen som passerer gjennom reléspolen er ingenting annet enn I1-I2. Som vi sa tidligere, er strømtransformatorers forhold og polaritet valgt slik at I1 = I2, dermed vil det ikke være noen strøm som går gjennom reléspolen. Nå hvis det oppstår noen feil utenfor sonen dekt av CT-ene, vil feilstrøm passere gjennom primærside av begge strømtransformatorer, og dermed vil sekundærstrømmene fra begge strømtransformatorer forbli de samme som i tilfellet med normale driftsførhold. Derfor vil reléet ikke bli aktiveret i denne situasjonen. Men hvis det oppstår noen jordfeil inne i det beskyttede utstyret som vist, vil de to sekundærstrømmene ikke lenger være like. I dette tilfellet vil differensialreléet bli aktiveret for å isolere det defekte utstyret (transformator eller alternator) fra systemet.
Prinsipielt lider dette type relésystemer av noen ulemper
Det kan være en sannsynlighet for misoppfattelse i kabelimpedans fra CT sekundær til fjernpanel for relé.
Disse pilotkablene sin kapasitans fører til feilaktig virksomhet av reléet når store gjennomgående feil oppstår utenfor utstyret.
Nøyaktig match av karakteristika for strømtransformator kan ikke oppnås, derfor kan det være spillet strøm som går gjennom reléet under normale driftsførhold.
Prosentdifferensialrelé
Dette er designet for å reagere på differensstrømmen i form av dens fraksjonelle forhold til strømmen som går gjennom det beskyttede seksjonen. I denne typen relé, er det innskrekkende spoler i tillegg til driftsspolen til reléet. Innskrekkende spoler produserer dreiemoment motsatt operativ dreiemoment. Under normale og gjennomgående feilkondisjoner, er innskrekkende dreiemoment større enn operativ dreiemoment. Dermed forbli reléet inaktiv. Når intern feil oppstår, overstiger operativ kraft innskrekkende kraft, og dermed blir reléet aktiveret. Denne innskrekkende kreften kan justeres ved å variere antall vikninger på innskrekkende spoler. Som vist i figuren nedenfor, hvis I1 er sekundærstrømmen fra CT1 og I2 er sekundærstrømmen fra CT2 da er strømmen gjennom driftsspolen I1 – I2 og strømmen gjennom innskrekkende spole er (I1 + I2)/2. Under normale og gjennomgående feilkondisjoner, er dreiemomentet produsert av innskrekkende spoler pga strøm (I1+ I2)/2 større enn dreiemomentet produsert av driftsspole pga strøm I1– I2 men under interne feilkondisjoner blir disse motsatte. Og innskrekkinnstillingen er definert som forholdet mellom (I1– I2) til (I1+ I2)/2.
Det er klart fra ovennevnte forklaring, jo større strøm som går gjennom innskrekkende spoler, desto høyere verdi av strøm som kreves for driftsspolen for å bli aktiveret. Reléet kalles prosentrelé fordi operativ strøm som kreves for å trippe kan uttrykkes som et prosentandel av gjennomstrøm.
CT Forhold og Kobling for Differensialrelé
Denne enkle tommelfingerregelen er at strømtransformatorer på hvilken stjernevinding som helst skal kobles i delta, og strømtransformatorer på hvilken deltavinding som helst skal kobles i stjerne. Dette gjøres for å eliminere nullsekvensstrøm i relékretsen.
Hvis CT-ene er koblet i stjerne, vil CT-forholdet være In/1 eller 5 A
CT-er som skal kobles i delta, vil CT-forholdet være In/0.5775 eller 5×0.5775 A
Spændningsbalansedifferensialrelé
I denne oppsettet er strømtransformatorer koblet på hver side av utstyret på en måte som EMF indusert i sekundæren av begge strømtransformatorer vil motvirke hverandre. Det betyr at sekundæren av strømtransformatorer fra begge sider av utstyret er koblet i serie med motsatt polaritet. Differensialreléspolen er plassert et sted i løkken som dannes av seriekoblingen av sekundæren av strømtransformatorer som vist i figuren. Under normale driftsførhold og også under gjennomgående feilkondisjoner, er EMF indusert i både CT sekundærene like og motsatt av hverandre, og dermed vil det ikke være noen strøm som går gjennom reléspolen. Men så snart noen intern feil oppstår i utstyret under beskyttelse, er disse EMF-ene lenger ikke balansert, dermed starter strøm å gå gjennom reléspolen, og dermed tripper sirkuitbryteren.
Det er noen ulemper i spændningsbalansedifferensialrelé som en multi tap-transformatorkonstruksjon kreves for nøyaktig balanse mellom strømtransformatorpar. Systemet er egnet for beskyttelse av kabler av relativt kort lengde, ellers forstyrrer kapasitansen av pilottråder ytelsen. På lange kabler vil ladestrømmen være tilstrekkelig til å aktivere reléet selv om en perfekt balanse av strømtransformator er oppnådd.
Disse ulemper kan elimineres fra systemet ved å introdusere Translay system/skjema som er ingen annet enn modifisert balansespændningsdifferensialrelésystem. Translay-skjema brukes hovedsakelig for differensialbeskyttelse av feeder.
Her er to sett med strømtransformatorer koblet hver ende av feederen. Sekundæren av hver strømtransformator er montert med individuell dobbelviklings induksjonstype relé. Sekundæren av hver strømtransformator forsyner primærkretsen av dobbelviklings induksjonstype relé. Sekundærkretsen av hvert relé er koblet i serie for å danne en lukket løkke ved hjelp av pilottråder. Koblelsen skal være slik at, den induserte spenningen i sekundærspolen av ett relé vil motvirke samme av det andre. Kompenseringsenheten neutraliser effekten av pilottråders kapasitansstrømmer og effekten av innebygd mangel på balanse mellom de to strømtransformatorer.
Under normale forhold og gjennomgående feilkondisjoner, er strømmen i begge ender av feederen lik, dermed vil strømmen indusert i CT-ene sekundæren også være lik. Pga disse like strømmene i CT-ene sekundæren, inducerer primæren av hvert relé samme EMF. Konsekvent, er EMF indusert i sekundæren av reléet også samme, men spoler er koblet slik at disse EMF-ene er i motsatt retning. Som resultat, vil det ikke være noen strøm som går gjennom pilotløkken, og dermed vil det ikke være noen operativ dreiemoment produsert i noen av reléene.
Men hvis det oppstår noen feil i feederen innenfor zonen mellom strømtransformatorer, vil strømmen som forlater feederen være forskjellig fra strømmen som går inn i feederen. Konsekvent, vil det ikke være noen likehet mellom strømmene i begge CT sekundærene. Disse ulike sekundære CT-strømmene vil produsere ubalansert sekundærindusert spenning i begge reléer. Dermed starter strøm å sirkulere i pilotløkken, og dermed produseres dreiemoment i begge reléer.
