Relay różnicowy
Przekaźniki stosowane w systemach ochrony sieci energetycznej są różnych typów. Wśród nich różnicowy przekaźnik jest często używany do ochrony transformatorów i generatorów przed lokalnymi uszkodzeniami.
Różnicowe przekaźniki są bardzo wrażliwe na uszkodzenia występujące w strefie ochrony, ale najmniej wrażliwe na uszkodzenia poza tą strefą. Większość przekaźników działa, gdy jakakolwiek wartość przekracza określony poziom, np. przekaźnik nadprądowy działa, gdy prąd przez niego przepływający przekracza ustaloną wartość. Jednak zasada działania różnicowego przekaźnika jest nieco inna. Działa on w zależności od różnicy między dwiema lub więcej podobnymi wielkościami elektrycznymi.
Definicja różnicowego przekaźnika
Różnicowy przekaźnik to taki, który działa, gdy różnica między dwiema lub więcej podobnymi wielkościami elektrycznymi przekracza określony poziom. W schemacie obwodu różnicowego przekaźnika, dwa prądy pochodzą z dwóch części obwodu energetycznego. Te dwa prądy spotykają się w punkcie styku, gdzie jest podłączona cewka przekaźnika. Zgodnie z prawem Kirchhoffa dla prądów, rezultat prądu płynącego przez cewkę przekaźnika to nic innego jak suma dwóch prądów, pochodzących z dwóch różnych części obwodu energetycznego. Jeśli polaryzacja i amplituda obu prądów są tak dostosowane, że wektorowa suma tych dwóch prądów wynosi zero w normalnych warunkach pracy, nie będzie prądu płynącego przez cewkę przekaźnika w normalnych warunkach pracy. Ale w przypadku jakiegokolwiek nietypowego stanu w obwodzie energetycznym, jeśli ten bilans zostanie złamany, co oznacza, że wektorowa suma tych dwóch prądów nie wynosi już zero, i będzie płynął niezerowy prąd przez cewkę przekaźnika, co powoduje działanie przekaźnika.
W schemacie różnicowym prądu, są dwie grupy transformatorów prądowych, każda podłączona do jednej strony sprzętu chronionego przez różnicowy przekaźnik. Stosunek transformatorów prądowych jest tak dobrany, aby prądy wtórne obu transformatorów były sobie równe pod względem wartości.
Polaryzacje transformatorów prądowych są tak ustawione, aby prądy wtórne tych CT wzajemnie się wykluczały. Z obwodu wynika, że tylko wtedy, gdy zostanie stworzona niezerowa różnica między tymi dwoma prądami wtórnymi, dopiero wtedy ta różnicowa wartość prądu przepłynie przez cewkę roboczą przekaźnika. Jeśli ta różnica przekroczy wartość progową przekaźnika, przekaźnik zadziała, aby otworzyć przełączniki obwodowe, izolując chroniony sprzęt od systemu. Element przekaźnika używany w różnicowym przekaźniku to natychmiastowy przekaźnik z przyciąganą armaturą, ponieważ schemat różnicowy jest adaptowany tylko do usuwania uszkodzeń wewnątrz chronionego sprzętu, innymi słowy, różnicowy przekaźnik powinien usuwać tylko wewnętrzne uszkodzenia sprzętu, dlatego chroniony sprzęt powinien być izolowany natychmiast po wystąpieniu uszkodzenia w samym sprzęcie. Nie ma potrzeby wprowadzania opóźnienia czasowego do koordynacji z innymi przekaźnikami w systemie.
Typy różnicowych przekaźników
Istnieją głównie dwa typy różnicowych przekaźników w zależności od zasady działania.
Równoważący różnicowy przekaźnik prądu
Równoważący różnicowy przekaźnik napięcia
W różnicowym przekaźniku prądu dwa transformatory prądowe są zamontowane po obu stronach sprzętu do ochrony. Obwody wtórne CT są połączone szeregowo w taki sposób, aby prądy wtórne CT płynęły w tej samej kierunku.
Cewka robocza elementu przekaźnika jest podłączona do obwodu wtórnego CT. W normalnych warunkach pracy, chroniony sprzęt (transformator mocy lub alternator) przesyła normalny prąd. W tej sytuacji, powiedzmy, że prąd wtórny CT1 to I1, a prąd wtórny CT2 to I2. Jest jasne z obwodu, że prąd przepływający przez cewkę przekaźnika to nic innego jak I1-I2. Jak wcześniej wspominaliśmy, stosunek i polaryzacja transformatorów prądowych są tak dobrane, że I1 = I2, więc nie będzie prądu płynącego przez cewkę przekaźnika. Teraz, jeśli jakiekolwiek uszkodzenie wystąpi poza strefą pokrywaną przez CT, bieżący uszkodzenia przepływa przez pierwotną część obu transformatorów prądowych, a więc prądy wtórne obu transformatorów prądowych pozostają takie same, jak w przypadku normalnych warunków pracy. Dlatego w tej sytuacji przekaźnik nie będzie działać. Ale jeśli jakiekolwiek uszkodzenie ziemi wystąpi wewnątrz chronionego sprzętu, jak pokazano, dwa prądy wtórne nie będą już równe. W takim przypadku różnicowy przekaźnik działa, aby izolować uszkodzony sprzęt (transformator lub alternator) od systemu.
Zasadniczo tego typu systemy przekaźników mają pewne wady
Może istnieć prawdopodobieństwo niezgodności impedancji kabla od wtórnego CT do zdalnej płyty przekaźnika.
Pojemność tych kabli pilotowych powoduje niepoprawne działanie przekaźnika, gdy wystąpi duży uszkodzenie przepływowe zewnętrzne do sprzętu.
Dokładne dopasowanie charakterystyk transformatora prądowego nie może być osiągnięte, dlatego może występować prąd wyciekający przez przekaźnik w normalnych warunkach pracy.
Różnicowy przekaźnik procentowy
Ten jest zaprojektowany do reagowania na różnicę prądu w postaci jego frakcyjnego stosunku do prądu płynącego przez chronioną sekcję. W tym typie przekaźnika, oprócz cewki roboczej przekaźnika, są cewki hamujące. Cewki hamujące tworzą moment skręcający przeciwny do momentu roboczego. W normalnych warunkach i w przypadku uszkodzeń przepływowych, moment hamujący jest większy niż moment roboczy. W związku z tym przekaźnik pozostaje nieaktywny. Gdy wystąpi uszkodzenie wewnętrzne, siła robocza przewyższa siłę hamującą, a więc przekaźnik działa. Tę siłę hamującą można dostosować, zmieniając liczbę zwinięć na cewkach hamujących. Jak pokazano na poniższym rysunku, jeśli I1 to prąd wtórny CT1, a I2 to prąd wtórny CT2, to prąd przez cewkę roboczą wynosi I1 – I2, a prąd przez cewkę hamującą to (I1 + I2)/2. W normalnych warunkach i w przypadku uszkodzeń przepływowych, moment skręcający generowany przez cewki hamujące z powodu prądu (I1+ I2)/2 jest większy niż moment skręcający generowany przez cewkę roboczą z powodu prądu I1– I2, ale w przypadku wewnętrznego uszkodzenia te stają się przeciwne. Ustawienie przesunięcia definiuje się jako stosunek (I1– I2) do (I1+ I2)/2.
Jest jasne z powyższego wyjaśnienia, im większy prąd płynący przez cewki hamujące, tym wyższą wartość prądu wymaga cewka robocza, aby działać. Przełącznik nazywany jest przekaźnikiem procentowym, ponieważ prąd roboczy wymagany do uruchomienia może być wyrażony jako procent prądu przepływającego.
Stosunek i połączenie CT dla różnicowego przekaźnika
Ta prosta zasada mówi, że transformatory prądowe na dowolnym obмотаже звездой должны быть подключены в треугольник, а трансформаторы тока на любом обмотаже треугольником должны быть подключены в звезду. Это делается для того, чтобы устранить нулевую последовательность тока в цепи реле.
Если ТТ подключены в звезду, то соотношение ТТ будет In/1 или 5 А
Если ТТ подключены в треугольник, то соотношение ТТ будет In/0.5775 или 5×0.5775 А
Różnicowy przekaźnik zbilansowany napięciowo
W tym układzie transformatory prądowe są podłączone po obu stronach sprzętu w taki sposób, że EMF indukowane w wtórnym obwodzie obu transformatorów prądowych będą się wzajemnie wykluczać. To oznacza, że wtórne obwody transformatorów prądowych z obu stron sprzętu są połączone szeregowo z przeciwną polaryzacją. Cewka różnicowego przekaźnika jest wstawiona w pętlę utworzoną przez szeregowe połączenie wtórnych obwodów transformatorów prądowych, jak pokazano na rysunku. W normalnych warunkach pracy oraz w przypadku uszkodzeń przepływowych, EMF indukowane w obu wtórnych obwodach CT są równe i przeciwne sobie, dlatego nie będzie prądu płynącego przez cewkę przekaźnika. Ale jak tylko wystąpi jakiekolwiek wewnętrzne uszkodzenie w sprzęcie pod ochroną, te EMF nie są już zrównoważone, więc prąd zaczyna płynąć przez cewkę przekaźnika, co powoduje wyłączenie przełącznika obwodowego.
Są pewne wady w różnicowym przekaźniku zbilansowanym napięciowo, takie jak konstrukcja transformatora wielkoskrzynkowego wymagana do dokładnego zrównoważenia par transformatorów prądowych. System jest odpowiedni do ochrony kabli stosunkowo krótkich, w przeciwnym razie pojemność przewodów pilotowych zakłóca działanie. Na długich kablach ładunek będzie wystarczający, aby uruchomić przekaźnik, nawet jeśli osiągnięto idealne zrównoważenie transformatorów prądowych.
Tych wad można uniknąć, wprowadzając system Translay, który jest niczym innym jak zmodyfikowany system różnicowego przekaźnika zbilansowanego napięciowo. Schemat Translay jest głównie stosowany do różnicowej ochrony pasywów.
Tutaj, dwie grupy transformatorów prądowych są podłączone na końcach pasywa. Wtórne każdego transformatora prądowego jest wyposażone w indywidualny relays=double winding induction type relay. Wtórne każdego transformatora prądowego zasilają pierwotny obwód relays=double winding induction type relay. Wtórne obwody każdego przekaźnika są połączone szeregowo, tworząc zamkniętą pętlę za pomocą przewodów pilotowych. Połączenie powinno być takie, aby indukowane napięcie w wtórnym cewce jednego przekaźnika wykluczało to samo w drugim. Urządzenie kompensujące neutralizuje efekt pojemnościowych prądów przewodów pilotowych i efekt braku zrównoważenia między dwoma transformatorami prądowymi.
W normalnych warunkach i w przypadku uszkodzeń przepływowych, prąd na obu końcach pasywa jest taki sam, co oznacza, że prądy indukowane w wtórnym obwodzie CT również będą równe. Dzięki tym równym prądom w wtórnym obwodzie CT, pierwotne każdego przekaźnika indukują takie same EMF. W konsekwencji, EMF indukowane w wtórnym obwodzie przekaźników również są takie same, ale cewki są tak połączone, że te EMF są skierowane przeciwnie. W rezultacie nie będzie prądu płynącego przez pętlę pilotową, a więc nie będzie generowany żaden moment skręcający w żadnym z przekaźników.
Ale jeśli wystąpi jakiekolwiek uszkodzenie w pasywie w strefie między transformatorami prądowymi, prąd opuszczający pasyw będzie inny od prądu wprowadzanego do pasywa. W konsekwencji, nie będzie równości między prądami w obu wtórnych obwodach CT. Te nierówne wtórne prądy CT spowodują nierównowagę indukowanych napięć wtórnych w ob
