รีเลย์ความแตกต่าง
รีเลย์ที่ใช้ในการป้องกันระบบไฟฟ้ามีหลายประเภท หนึ่งในนั้นคือ รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งเป็นรีเลย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันหม้อแปลงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความผิดปกติที่เกิดขึ้นเฉพาะที่
รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล มีความไวต่อความผิดปกติที่เกิดขึ้นภายในพื้นที่ที่ได้รับการป้องกัน แต่มีความไวน้อยที่สุดต่อความผิดปกติที่เกิดขึ้นภายนอกพื้นที่ที่ได้รับการป้องกัน รีเลย์ส่วนใหญ่จะทำงานเมื่อมีค่าใด ๆ เกินค่าที่กำหนดไว้ เช่น รีเลย์กระแสเกินจะทำงานเมื่อกระแสผ่านมันเกินค่าที่กำหนดไว้ แต่วิธีการทำงานของรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลนั้นมีหลักการที่แตกต่างออกไป รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลจะทำงานตามความแตกต่างระหว่างปริมาณไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกันสองหรือมากกว่าสองปริมาณ
คำจำกัดความของรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล
รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลคือรีเลย์ที่ทำงานเมื่อมีความแตกต่างระหว่างปริมาณไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกันสองหรือมากกว่าสองปริมาณเกินค่าที่กำหนดไว้ ในวงจรรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล จะมีกระแสไฟฟ้าสองกระแสมาจากสองส่วนของวงจรไฟฟ้า เมื่อสองกระแสเหล่านี้มาบรรจบกันที่จุดตัดที่มีขดลวดรีเลย์ต่ออยู่ ตามกฎของเคอร์ชฮอฟว์สำหรับกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าผลรวมที่ไหลผ่านขดลวดรีเลย์คือผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่มาจากสองส่วนของวงจรไฟฟ้า หากความแรงและฟาเซอร์ของทั้งสองกระแสได้ถูกปรับให้เหมาะสมจนทำให้ผลรวมฟาเซอร์ของสองกระแสเหล่านี้เท่ากับศูนย์ในภาวะการทำงานปกติ ดังนั้นไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดรีเลย์ในภาวะการทำงานปกติ แต่หากเกิดความผิดปกติในวงจรไฟฟ้าทำให้สมดุลนี้เสียหาย หมายความว่าผลรวมฟาเซอร์ของสองกระแสเหล่านี้ไม่เท่ากับศูนย์ และจะมีกระแสไฟฟ้าที่ไม่เท่ากับศูนย์ไหลผ่านขดลวดรีเลย์ ทำให้รีเลย์ทำงาน
ในแผนการรีเลย์กระแสดิฟเฟอเรนเชียล จะมีชุดทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสสองชุดที่ต่ออยู่ทั้งสองข้างของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันโดย รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล อัตราส่วนของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสได้ถูกเลือกให้กระแสไฟฟ้ารองของทั้งสองทรานส์ฟอร์มเมอร์ตรงกันในขนาด
โพลาไรซ์ของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสได้ถูกตั้งให้กระแสไฟฟ้ารองของทรานส์ฟอร์มเมอร์เหล่านี้ต้านทานกัน จากวงจรแสดงให้เห็นว่า ถ้ามีความแตกต่างที่ไม่เท่ากับศูนย์ระหว่างกระแสไฟฟ้ารองทั้งสอง กระแสไฟฟ้าดิฟเฟอเรนเชียลนี้จะไหลผ่านขดลวดปฏิบัติงานของรีเลย์ หากความแตกต่างนี้เกินค่าสูงสุดของรีเลย์ รีเลย์จะทำงานเพื่อเปิดเบรกเกอร์วงจรเพื่อแยกอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันออกจากระบบ องค์ประกอบรีเลย์ที่ใช้ในรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลคือรีเลย์แบบแม่เหล็กที่ทำงานทันที เนื่องจากแผนการรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลได้ถูกปรับให้เหมาะสมสำหรับการแก้ไขความผิดปกติภายในอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน กล่าวคือ รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลควรแก้ไขเฉพาะความผิดปกติภายในอุปกรณ์เท่านั้น ดังนั้นอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันควรได้รับการแยกออกจากการทำงานทันทีที่เกิดความผิดปกติภายในอุปกรณ์เอง ไม่จำเป็นต้องมีการรอเวลาเพื่อประสานกับรีเลย์อื่น ๆ ในระบบ
ประเภทของรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล
มีประเภทของ รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล หลัก ๆ สองประเภท ขึ้นอยู่กับหลักการการทำงาน
รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลแบบสมดุลกระแส
รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลแบบสมดุลแรงดัน
ใน รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลกระแส จะมีทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสสองตัวติดตั้งทั้งสองข้างของอุปกรณ์ที่ต้องการป้องกัน วงจรรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสได้ถูกต่อแบบอนุกรมเพื่อให้กระแสไฟฟ้ารองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสไหลในทิศทางเดียวกัน
ขดลวดปฏิบัติงานขององค์ประกอบรีเลย์ได้ถูกต่อข้ามวงจรรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส ภายใต้ภาวะการทำงานปกติ อุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน (ไม่ว่าจะเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) จะมีกระแสไฟฟ้าปกติ ณ สถานการณ์นี้ สมมติว่ากระแสไฟฟ้ารองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส CT1 คือ I1 และกระแสไฟฟ้ารองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส CT2 คือ I2 จากวงจรแสดงให้เห็นว่า กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดรีเลย์คือ I1 - I2 ตามที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ อัตราส่วนและโพลาไรซ์ของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสได้ถูกเลือกให้ I1 = I2 ดังนั้นไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดรีเลย์ ตอนนี้หากเกิดความผิดปกติภายนอกพื้นที่ที่ครอบคลุมโดยทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส กระแสไฟฟ้าผิดปกติจะผ่านขดลวดแรกของทั้งสองทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส และกระแสไฟฟ้ารองของทั้งสองทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจะยังคงเหมือนกับในภาวะการทำงานปกติ ดังนั้นในสถานการณ์นี้ รีเลย์จะไม่ทำงาน แต่หากเกิดความผิดปกติภายในอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน กระแสไฟฟ้ารองทั้งสองจะไม่เท่ากัน ณ สถานการณ์นี้ รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลจะทำงานเพื่อแยกอุปกรณ์ที่ผิดปกติ (หม้อแปลงไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ออกจากระบบ
หลักการของระบบรีเลย์ชนิดนี้มีข้อเสียบางประการ
อาจมีโอกาสที่ความต้านทานของสายเคเบิลจากทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสรองไปยังแผงรีเลย์ระยะไกลไม่ตรงกัน
ความจุของสายนำ pilot ทำให้รีเลย์ทำงานผิดพลาดเมื่อมีความผิดปกติขนาดใหญ่ภายนอกอุปกรณ์
การจับคู่คุณสมบัติของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสให้แม่นยำไม่สามารถทำได้ ดังนั้นอาจมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านรีเลย์ในภาวะการทำงานปกติ
รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลเปอร์เซ็นต์
รีเลย์นี้ถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้าดิฟเฟอเรนเชียลในรูปแบบของความสัมพันธ์เศษส่วนกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนที่ได้รับการป้องกัน ในรีเลย์ประเภทนี้ จะมีขดลวดควบคุมเพิ่มเติมนอกจากขดลวดปฏิบัติงานของรีเลย์ ขดลวดควบคุมสร้างแรงบิดที่ตรงข้ามกับแรงบิดปฏิบัติงาน ภายใต้ภาวะการทำงานปกติและภาวะความผิดปกติผ่าน แรงบิดควบคุมจะมากกว่าแรงบิดปฏิบัติงาน ทำให้รีเลย์ไม่ทำงาน เมื่อเกิดความผิดปกติภายใน แรงปฏิบัติงานจะมากกว่าแรงควบคุม ทำให้รีเลย์ทำงาน แรงควบคุมนี้สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนจำนวนรอบของขดลวดควบคุม ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง ถ้า I1 เป็นกระแสไฟฟ้ารองของ CT1 และ I2 เป็นกระแสไฟฟ้ารองของ CT2 แล้ว กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดปฏิบัติงานคือ I1 - I2 และกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดควบคุมคือ (I1 + I2)/2 ในภาวะการทำงานปกติและภาวะความผิดปกติผ่าน แรงบิดที่สร้างขึ้นโดยขดลวดควบคุมเนื่องจากกระแส (I1 + I2)/2 จะมากกว่าแรงบิดที่สร้างขึ้นโดยขดลวดปฏิบัติงานเนื่องจากกระแส I1 - I2 แต่ในภาวะความผิดปกติภายใน แรงบิดเหล่านี้จะตรงข้ามกัน และการตั้งค่าแรงควบคุมถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนของ (I1 - I2) ต่อ (I1 + I2)/2.
จากคำอธิบายข้างต้น ยิ่งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดควบคุมมากเท่าไหร่ ค่ากระแสที่จำเป็นในการทำงานของขดลวดปฏิบัติงานก็จะมากขึ้นเท่านั้น รีเลย์ถูกเรียกว่ารีเลย์เปอร์เซ็นต์เพราะกระแสที่จำเป็นในการทริปสามารถแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของกระแสผ่าน
อัตราส่วนและวิธีการต่อของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสสำหรับรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียล
กฎง่ายๆ คือ ทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสบนวงจรดาวควรต่อแบบสามเหลี่ยม และทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสบนวงจรสามเหลี่ยมควรต่อแบบดาว เพื่อกำจัดกระแสลำดับศูนย์ในวงจรรีเลย์
หากทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสต่อแบบดาว อัตราส่วนของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจะเป็น In/1 หรือ 5 A
หากทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสต่อแบบสามเหลี่ยม อัตราส่วนของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจะเป็น In/0.5775 หรือ 5×0.5775 A
รีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลแบบสมดุลแรงดัน
ในการต่อแบบนี้ ทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจะต่อทั้งสองข้างของอุปกรณ์ในลักษณะที่แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในส่วนรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสทั้งสองจะต้านทานกัน หมายความว่า ส่วนรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจากทั้งสองข้างของอุปกรณ์จะต่อแบบอนุกรมด้วยโพลาไรซ์ตรงข้าม ขดลวดรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลจะถูกใส่ไว้ที่ไหนสักแห่งในวงจรที่สร้างขึ้นโดยการต่อส่วนรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสแบบอนุกรม ตามที่แสดงในภาพ ในภาวะการทำงานปกติและภาวะความผิดปกติผ่าน แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในส่วนรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสทั้งสองจะเท่ากันและต้านทานกัน ดังนั้นไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดรีเลย์ แต่เมื่อมีความผิดปกติภายในอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จะไม่สมดุล ทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดรีเลย์ และทำให้เบรกเกอร์วงจรทริป
มีข้อเสียบางประการในรีเลย์ดิฟเฟอเรนเชียลแบบสมดุลแรงดัน เช่น การก่อสร้างทรานส์ฟอร์มเมอร์แบบหลายแท็บเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้ความสมดุลระหว่างคู่ของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส ระบบนี้เหมาะสำหรับการป้องกันสายเคเบิลที่มีความยาวสั้น แต่ความจุของสายนำ pilot จะทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง สำหรับสายเคเบิลที่ยาว กระแสชาร์จจะเพียงพอที่จะทำให้รีเลย์ทำงาน แม้ว่าจะมีความสมดุลที่สมบูรณ์ระหว่างทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส
ข้อเสียเหล่านี้สามารถกำจัดได้โดยการแนะนำระบบ Translay ซึ่งเป็นระบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันที่ปรับปรุงแล้ว ระบบ Translay ใช้สำหรับการป้องกันดิฟเฟอเรนเชียลของฟีดเดอร์
ที่นี่ มีชุดของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสสองชุดที่ต่อทั้งสองปลายของฟีดเดอร์ วงจรรองของแต่ละทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจะต่อเข้ากับรีเลย์แบบสองขดลวดแบบอินดักชัน วงจรรองของแต่ละทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสจะป้อนวงจรหลักของรีเลย์แบบสองขดลวด วงจรรองของแต่ละรีเลย์จะต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างวงจรป้อนแบบป้อนแบบป้อน โดยใช้สายนำ pilot การต่อต้องเป็นแบบที่แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดรองของรีเลย์หนึ่งจะต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดรองของรีเลย์อีกตัว วงจรชดเชยจะช่วยชดเชยผลของกระแสความจุของสายนำ pilot และผลของการขาดความสมดุลระหว่างทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสทั้งสอง
ภายใต้ภาวะการทำงานปกติและภาวะความผิดปกติผ่าน กระแสไฟฟ้าที่ทั้งสองปลายของฟีดเดอร์จะเท่ากัน ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในส่วนรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสดังกล่าวจะเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดรองของรีเลย์ทั้งสองจะเท่ากัน แต่ขดลวดได้ถูกต่อให้แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ต้านทานกัน ดังนั้นไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรป้อน pilot และไม่มีแรงบิดปฏิบัติงานในรีเลย์ทั้งสอง
แต่หากเกิดความผิดปกติภายในฟีดเดอร์ในเขตที่อยู่ระหว่างทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแส กระแสไฟฟ้าที่ออกจากฟีดเดอร์จะแตกต่างจากกระแสไฟฟ้าที่เข้าสู่ฟีดเดอร์ ดังนั้นจะไม่มีความเท่ากันระหว่างกระแสไฟฟ้าในส่วนรองของทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสทั้งสอง กระแสไฟฟ้ารองที่ไม่เท่ากันเหล่านี้จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในรีเลย์ทั้งสองที่ไม่สมดุล ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลผ่านวงจรป้อน pilot และทำให้เกิดแรงบิดในรีเลย์ทั้งสอง
เนื่องจากทิศทางของกระแสไฟฟ้ารองในรีเลย์ทั้งสองตรงข้ามกัน ดังนั้นแรงบิดในรีเลย์หนึ่งจะทำให้คอนแทคทริปปิด และขณะเดียวกันแรงบิดที่สร้างขึ้นในรีเลย์อื่นจะทำให้คอนแทคทริปอยู่ในตำแหน่งปกติที่ไม่ทำงาน แรงบิดปฏิบัติงานขึ้นอยู่กับตำแหน่งและลักษณะของความผิดปกติในเขตที่ได้รับการป้องกันของฟีดเดอร์ ส่วนที่ผิดปกติของฟีดเดอร์จะถูกแยกออกจากส่วนที่ปกติเมื่อองค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งของรีเลย์ทำงาน
สามารถสังเกตได้ว่าในระบบป้องกัน Translay จะมีวงแหวนทองแดงป้อนกับแกนกลางของขดลวดหลักของรีเลย์ วงแหวนเหล่านี้ใช้เพื่อชดเชยผลของกระแสความจุของสายนำ pilot กระแสความจุจะนำแรงดันไฟฟ้าที่ประทับบนสายนำ pilot ด้วย 90° และเมื่อกระแสเหล่านี้ไหลผ่านขดลวดปฏิบัติงานที่มีความเหนี่ยวนำต่ำ จะสร้างฟลักซ์ที่นำแรงดันไฟฟ้าของสายนำ pilot ด้วย 90° ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของสายนำ pilot คือแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดรองของรีเลย์ ซึ่งล่าช้ากว่าฟลักซ์ในช่องอากาศแม่เหล็กสนามประมาณ 90° วงแหวนทองแดงป้อนได้ถูกปรับให้ฟลักซ์ที่กระทำบนดิสก์อยู่ในเฟสเดียวกัน และไม่มีแรงบิดกระทำในดิสก์ของรีเลย์
