Differensrelä
Reläerna som används i skyddssystem för elkraftsystem finns i olika typer. Bland dessa är differentieringsrelä ett mycket vanligt relä för att skydda transformatorer och generatorer från lokala fel.
Differentieringsrelä är mycket känsliga för fel som uppstår inom skyddsområdet, men de är minst känsliga för fel som uppstår utanför det skyddade området. De flesta reläerna fungerar när någon mängd överskrider en förbestämd värde, till exempel fungerar överströmsreläet när strömmen genom det överskrider ett förbestämt värde. Men principen för differentieringsreläet är något annorlunda. Det fungerar beroende på skillnaden mellan två eller flera likartade elektriska mängder.
Definition av Differentieringsrelä
Differentieringsreläet är ett relä som fungerar när det finns en skillnad mellan två eller flera likartade elektriska mängder som överskrider ett förbestämt värde. I schemat för differentieringsreläkret finns det två strömmar som kommer från två delar av ett elkraftskrets. Dessa två strömmar möts vid en föreningspunkt där en reläspole är ansluten. Enligt Kirchhoffs strömlag är den resulterande strömmen som passerar genom reläspolen inget annat än summan av de två strömmarna, som kommer från två olika delar av elkraftskretsen. Om polariteten och amplituden för både strömmarna är så justerade att fasorsumman av dessa två strömmar är noll under normal drift. Därmed kommer det inte att finnas någon ström som passerar genom reläspolen under normala driftsförhållanden. Men på grund av någon oregelbundenhet i kraftkretsen, om denna balans bryts, vilket betyder att fasorsumman av dessa två strömmar inte längre är noll och det kommer att finnas en icke-noll ström som passerar genom reläspolen, vilket leder till att reläet aktiveras.
I strömdifferentielschemat finns det två uppsättningar strömförstärkare, var och en ansluten till antingen sidan av utrustningen som skyddas av differentieringsrelä. Förhållandet mellan strömförstärkarna väljs så att sekundärströmmarna från båda strömförstärkarna matchar varandra i magnitud.
Polariteterna för strömförstärkarna är sådana att sekundärströmmarna från dessa CT:er motsätter varandra. Från kretsen är det klart att endast om någon icke-nollskillnad skapas mellan dessa två sekundärströmmar, kommer endast denna differentiella ström att flöda genom driftsspolen av reläet. Om denna skillnad är större än toppvärdet för reläet, kommer det att aktiveras för att öppna kretsavbrottsautomaterna för att isolera den skyddade utrustningen från systemet. Reläelementet som används i differentieringsrelä är en attraherande armaturtypens omedelbart relä eftersom differentiellt schema bara anpassas för att rensa felen inuti den skyddade utrustningen med andra ord ska differentieringsrelä endast rensa den interna felet i utrustningen, därför ska den skyddade utrustningen snabbt isoleras så snart något fel uppstår inuti utrustningen självt. Det behöver inte vara någon tidsförsening för samordning med andra reläer i systemet.
Typer av Differentieringsrelä
Det finns huvudsakligen två typer av differentieringsrelä beroende på driftsprincipen.
Strömbalansdifferentieringsrelä
Spänningsbalansdifferentieringsrelä
I strömdifferentieringsrelä monteras två strömförstärkare på var sida av utrustningen som ska skyddas. Sekundärkretsarna av CT:er är anslutna i serie på ett sätt att de bär sekundär CT-ström i samma riktning.
Driftsspolen av reläelementet är ansluten över CT:ernas sekundärkrets. Under normala driftsförhållanden bär den skyddade utrustningen (antingen krafttransformator eller alternator) normal ström. I detta läge, säg sekundärströmmen av CT1 är I1 och sekundärströmmen av CT2 är I2. Det är också klart från kretsen att strömmen som passerar genom reläspolen är inget annat än I1-I2. Som vi sa tidigare, är strömförstärkarnas förhållande och polaritet så valda, I1 = I2, därför kommer det inte att finnas någon ström som passerar genom reläspolen. Nu, om något fel uppstår externt till zonen täckt av CT:erna, passerar felaktig ström genom primären av båda strömförstärkarna och därmed förblir sekundärströmmarna av båda strömförstärkarna samma som i fallet med normala driftsförhållanden. Därför kommer reläet inte att aktiveras i det läget. Men om något jordfel uppstår inuti den skyddade utrustningen som visas, kommer de två sekundärströmmarna inte längre att vara lika. I det fallet aktiveras differentieringsreläet för att isolera den defekta utrustningen (transformator eller alternator) från systemet.
I princip lider denna typ av reläsystemer av vissa nackdelar
Det kan finnas en risk för missmatch i kabelförhindring från CT-sekundär till fjärrreläpanelen.
Dessa pilotkablers kapacitans orsakar felaktig drift av reläet när stora genomsyrar uppstår externt till utrustningen.
Noggrann matchning av egenskaper hos strömförstärkaren kan inte uppnås, därför kan det finnas spillström som passerar genom reläet under normala driftsförhållanden.
Procentuell Differentieringsrelä
Detta är utformat för att svara på differentiell ström i termer av dess fraktionella relation till strömmen som passerar genom det skyddade avsnittet. I denna typ av relä finns det bromsar spoler utöver driftsspolen av reläet. Bromsparorna producerar moment motsatt driftmoment. Under normala och genomsyrarförhållanden är bromsmomentet större än driftmoment. Därigenom återstår reläet inaktivt. När internt fel uppstår överskrider driftkraften bias-kraften och därför aktiveras reläet. Denna bias-kraft kan justeras genom att variera antalet varv på bromsparorna. Som visas i figuren nedan, om I1 är sekundärströmmen av CT1 och I2 är sekundärströmmen av CT2 då är strömmen genom driftsspolen I1 – I2 och strömmen genom bromsparorna är (I1 + I2)/2. Under normala och genomsyrarförhållanden, är momentet producerat av bromsparorna på grund av ström (I1+ I2)/2 större än momentet producerat av driftsspolen på grund av ström I1– I2 men vid internt felaktigt förhållande blir dessa motsatta. Och bias-inställningen definieras som kvoten av (I1– I2) till (I1+ I2)/2.
Det är klart ur ovanstående förklaring, ju större ström som passerar genom bromsparorna, desto högre värde på strömmen krävs för driftsspolen för att aktiveras. Reläet kallas procentuellt relä eftersom driftströmmen som krävs för att trippe kan uttryckas som en procentandel av genomströmmen.
CT-förhållande och Anslutning för Differentieringsrelä
Den här enkla tumregeln är att strömförstärkarna på alla stjärnsvindningar bör vara anslutna i delta och strömförstärkarna på alla deltasvindningar bör vara anslutna i stjärnform. Detta görs för att eliminera nollsekvensström i reläkret.
Om CT:erna är anslutna i stjärnform, kommer CT-förhållandet att vara In/1 eller 5 A
CT:er som ska anslutas i delta, kommer CT-förhållandet att vara In/0.5775 eller 5×0.5775 A
Spänningsbalansdifferentieringsrelä
I detta arrangemang är strömförstärkarna anslutna på båda sidor av utrustningen på ett sätt så att EMF inducerad i sekundären av båda strömförstärkarna kommer att motarbeta varandra. Det innebär att sekundären av strömförstärkarna från båda sidor av utrustningen är anslutna i serie med motsatt polaritet. Differentieringsreläets spole är infogad någonstans i slingan som skapas av serieanslutningen av sekundären av strömförstärkarna som visas i figuren. Under normala driftsförhållanden och även vid genomsyrarförhållanden, är EMF:erna inducerade i båda CT:ernas sekundär lika och motsatta varandra och därför skulle det inte finnas någon ström som passerar genom reläspolen. Men så snart något internt fel uppstår i utrustningen under skydd, är dessa EMF:er inte längre balanserade och därför börjar ström cirkulera genom reläspolen vilket leder till att kretsavbrottsautomaten trippar.
Det finns vissa nackdelar med spänningsbalansdifferentieringsrelä, som att en flera tapplastkonstruktion krävs för exakt balans mellan strömförstärkarpar. Systemet är lämpligt för skydd av kablar av relativt korta längder, annars stör pilotledningskapacitansen prestandan. På långa kablar kommer laddningsströmmen att vara tillräcklig för att aktivera reläet även om en perfekt balans av strömförstärkare uppnås.
Dessa nackdelar kan elimineras från systemet genom att införa Translay-system/schema, vilket är en modifierad balansspänningsdifferentieringsrelä. Translay-schemat används huvudsakligen för differentiellt skydd av ledningar.
Här har två uppsättningar strömförstärkare kopplats på båda ändarna av ledningen. Sekundären av varje strömförstärkare är utrustad med individuella dubbelvindlingsinduktionsrelä. Sekundären av varje strömförstärkare matar primärcirkel av dubbelvindlingsinduktionsrelä. Sekundärcirkeln av varje relä är ansluten i serie för att forma en sluten slinga genom pilotledningar. Anslutningen bör vara sådan att den inducerade spänningen i sekundärspolen av ett relä kommer att motarbeta samma av det andra.
Kompenseringsenheten neutraliserar effekten av pilotledningskapacitansströmmar och effekten av inbyggd obalans mellan de två strömförstärkarna.
Under normala förhållanden och vid genomsyrarförhållanden, är strömmen i båda ändarna av ledningen densamma, vilket gör att strömmen inducerad i CT:ernas sekundär också skulle vara lika. På grund av dessa lika strömmar i CT:ernas sekundär, inducerar primären av varje relä samma EMF. Konsekvent, är EMF:en inducerad i sekundärens av reläet också samma, men spolarna är så anslutna, dessa EMF:er är i motsatt riktning. Som en konsekvens, kommer ingen ström att cirkulera i pilotloop och därför kommer ingen driftmoment att producera i något av reläerna.
Men om något fel uppstår i ledningen inom zonen mellan strömförstärkarna, kommer strömmen som lämnar ledningen att vara olika från strömmen som går in i ledningen. Konsekvent, kommer det inte att finnas någon likhet mellan strömmarna i båda CT:ernas sekundär. Dessa olikartade sekundär CT-strömmar kommer att producera obalanserad sekundär inducerad spänning i båda reläerna. Därför börjar ström cirkulera i pilotloop och därför producera moment i båda reläerna.
