Диференційний реле
Реле, які використовуються для захисту електроенергетичних систем, бувають різних типів. Серед них диференціальні реле є дуже поширеними для захисту трансформаторів і генераторів від локальних аварій.
Диференціальні реле надзвичайно чутливі до аварій, що виникають у зоні захисту, але найменш чутливі до аварій, що виникають поза захищеною зоною. Більшість реле працює, коли якась величина перевищує певне попередньо визначене значення, наприклад, реле перегрузки струму працює, коли струм через нього перевищує попередньо визначене значення. Але принцип роботи диференціального реле трохи інший. Воно працює залежно від різниці між двома або більше подібними електричними величинами.
Визначення Диференціального Реле
Диференціальне реле — це таке, яке працює, коли різниця між двома або більше подібними електричними величинами перевищує попередньо визначене значення. У схемі диференціального реле два струми приходять з двох частин електроенергетичної системи. Ці два струми зустрічаються в точці з'єднання, де підключений котушка реле. Згідно з законом Кірхгофа для струмів, сумарний струм, що проходить через котушку реле, є просто сумою двох струмів, що приходять з двох різних частин електроенергетичної системи. Якщо полярність і амплітуда обох струмів налаштовані так, що фазова сума цих двох струмів дорівнює нулю при нормальних умовах роботи, то струм через котушку реле не буде протікати при нормальних умовах роботи. Але через будь-яку неправильність в електроенергетичній системі, якщо цей баланс порушиться, тобто фазова сума цих двох струмів більше не дорівнює нулю, і буде протікати ненульовий струм через котушку реле, завдяки чому реле буде працювати.
У схемі струмового диференціала є два набори трансформаторів струму, кожен з яких підключений до однієї зі сторін обладнання, захищеного диференціальним реле. Співвідношення трансформаторів струму вибирається таким чином, що вторинні струми обох трансформаторів струму співпадають за величиною.
Полярності трансформаторів струму такі, що вторинні струми цих ТСТ протилежать один одному. Із схеми очевидно, що лише якщо буде створена ненульова різниця між цими вторинними струмами, тоді лише цей диференціальний струм буде протікати через котушку роботи реле. Якщо ця різниця перевищує пікове значення реле, воно буде працювати, щоб відкрити автомати, щоб виділити захищене обладнання з системи. Елемент релейного захисту, використаний у диференціальному реле, є реле з моментальною роботою, оскільки диференціальна схема призначена лише для усунення аварій всередині захищеного обладнання, іншими словами, диференціальне реле повинно усунути лише внутрішню аварію обладнання, тому захищене обладнання повинно бути виділене, як тільки будь-яка аварія виникає всередині самого обладнання. Не потрібно жодної затримки для координації з іншими реле в системі.
Типи Диференціальних Реле
Основно, існує два типи диференціальних реле залежно від принципу роботи.
Реле Рівноваги Струмів
Реле Рівноваги Напруг
У струмовому диференціальному реле два трансформатори струму встановлюються з обох сторін обладнання, яке потрібно захистити. Вторинні контури ТСТ підключені послідовно так, що вони проводять вторинний струм ТСТ в одному напрямку.
Котушка роботи релейного елемента підключена поперек вторинного контуру ТСТ. При нормальній роботі захищене обладнання (або силовий трансформатор, або генератор) має нормальний струм. У цій ситуації, наприклад, вторинний струм ТСТ1 є I1, а вторинний струм ТСТ2 є I2. Зрозуміло з схеми, що струм, що проходить через котушку реле, є просто I1-I2. Як ми казали раніше, співвідношення та полярність трансформаторів струму обрані так, що I1 = I2, тому струм через котушку реле не буде протікати. Тепер, якщо будь-яка аварія виникає зовні зони, покритої ТСТ, аварійний струм проходить через первинну обмотку обох трансформаторів струму, і тому вторинні струми обох трансформаторів струму залишаються такими ж, як і в нормальних умовах роботи. Тому в цій ситуації реле не буде працювати. Але якщо будь-яка заземлена аварія виникає всередині захищеного обладнання, як показано, два вторинні струми більше не будуть рівні. У цьому випадку диференціальне реле буде працювати, щоб виділити аварійне обладнання (трансформатор або генератор) з системи.
Принципно такі системи реле мають деякі недоліки
Можливо, є ймовірність невідповідності опору кабелю від вторинної обмотки ТСТ до віддаленої панелі реле.
Емфатичність цих пілотних кабелів може призводити до неправильного роботи реле при великій аварії, що виникає зовні обладнання.
Точна відповідність характеристик трансформаторів струму не може бути досягнута, тому може бути струм, що протікає через реле в нормальні умови роботи.
Процентне Диференціальне Реле
Це реле спроектоване для відгуку на диференціальний струм в термінах його відсоткового відношення до струму, що проходить через захищений розділ. У цьому типі реле, окрім котушки роботи, є котушки обмеження. Котушки обмеження створюють момент, що протилежить робочому моменту. У нормальній та при аварії, момент обмеження більший, ніж робочий момент. Тому реле залишається неактивним. Коли виникає внутрішня аварія, робоча сила перевищує сили обмеження, і реле працює. Цю силу обмеження можна налаштувати, змінюючи кількість обмоток на котушках обмеження. Як показано на малюнку нижче, якщо I1 є вторинний струм ТСТ1, а I2 є вторинний струм ТСТ2, то струм через котушку роботи становить I1 – I2, а струм через котушку обмеження становить (I1 + I2)/2. У нормальних умовах та при аварії, момент, створений котушками обмеження через струм (I1+ I2)/2, більший, ніж момент, створений котушкою роботи через струм I1– I2, але при внутрішній аварії ці моменти стають протилежними. Настройка обмеження визначається як відношення (I1– I2) до (I1+ I2)/2.
Зрозуміло з попереднього пояснення, що чим більший струм, що проходить через котушки обмеження, тим більше значення струму, необхідного для роботи котушки роботи. Реле називається процентним, оскільки струм, необхідний для відключення, може бути виражений як відсоток від струму, що проходить через захищений розділ.
Співвідношення та Підключення ТСТ для Диференціального Реле
Це просте правило полягає в тому, що трансформатори струму на будь-якій зірковій обмотці повинні бути підключені в трикутник, а трансформатори струму на будь-якій трикутній обмотці повинні бути підключені в зірку. Це робиться для елімінації нульової послідовності струму в контурі реле.
Якщо ТСТ підключені в зірку, співвідношення ТСТ буде In/1 або 5 А
Якщо ТСТ підключені в трикутник, співвідношення ТСТ буде In/0.5775 або 5×0.5775 А
Реле Рівноваги Напруг
У цьому розташуванні трансформатори струму підключені з обох сторін обладнання таким чином, що ЕДС, викликана в другорядній обмотці обох трансформаторів струму, будуть протилежити одна одній. Це означає, що вторинні обмотки трансформаторів струму з обох сторін обладнання підключені послідовно з протилежною полярністю. Котушка диференціального реле вставлена десь у контурі, створеному послідовним з'єднанням вторинних обмоток трансформаторів струму, як показано на малюнку. У нормальній роботі та при аваріях, ЕДС, викликані в обох вторинних обмотках ТСТ, рівні і протилежні одна одній, і тому струм через котушку реле не буде протікати. Але, як тільки виникає внутрішня аварія в обладнанні, що захищається, ці ЕДС більше не будуть у рівновазі, і струм починає протікати через котушку реле, що призводить до відключення автомату.
