Was ist eine Blindwiderstandsschutzstelle?

Blindwiderstandsrelais

Ein Blindwiderstandsrelais ist ein Hochgeschwindigkeitsrelais, das aus zwei Elementen besteht: einem Überstromelement und einem Strom-Spannungsrichtungselement. Das Stromelement erzeugt eine positive Drehmoment, während das Strom-Spannungsrichtungselement abhängig vom Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ein entgegengesetztes Drehmoment erzeugt.

Das Blindwiderstandsrelais ist ein Überstromrelais mit Richtungsbegrenzung. Das Richtungselement ist so konzipiert, dass es bei einer Verzögerung des Stroms gegenüber der Spannung um 90° maximales negatives Drehmoment erzeugt. Induktionsbecher- oder Doppelinduktionsringstrukturen sind ideal für die Aktivierung von Blindwiderstandsentfernungsrelais geeignet.

Aufbau des Blindwiderstandsrelais

Ein typisches Blindwiderstandsrelais mit einer Induktionsbecherstruktur wird in der folgenden Abbildung dargestellt. Es verfügt über eine Vierpolkonfiguration mit Arbeitswicklungen, Polarisationswicklungen und Bremswicklungen. Das Arbeitsdrehmoment wird durch die Wechselwirkung der magnetischen Flussfelder von stromführenden Wicklungen (d.h. der Wechselwirkung der Flussfelder der Pole 2, 3 und 4) erzeugt, während das Bremsdrehmoment durch die Wechselwirkung der Flussfelder der Pole 1, 2 und 4 erzeugt wird.

Im Arbeitsmechanismus eines Blindwiderstandsrelais ist das Arbeitsdrehmoment direkt proportional zum Quadrat des Stroms, was bedeutet, dass Schwankungen des Stroms signifikant den Drehmomentbetrag beeinflussen. Andererseits ist das Bremsdrehmoment proportional zum Produkt von Spannung und Strom, multipliziert mit cos(Θ−90°), was bedeutet, dass es von Spannung, Strom und ihrem Phasenwinkel beeinflusst wird.

Wie in der Abbildung dargestellt, wird ein Widerstands-Kondensator-Ring (RC-Schaltung) verwendet, um die gewünschten maximalen Drehmomente präzise durch die Nutzung der Impedanzcharakteristiken zur Steuerung der Phasenverschiebung zu erreichen. Wenn die Steuereffekt als -k3 bezeichnet wird, kann die Drehmomentgleichung explizit als dynamisches Gleichgewichtsverhältnis zwischen dem Arbeits- und Bremsdrehmoment ausgedrückt werden. Diese Gleichung zeigt klar die Drehmomentänderungen des Relais unter verschiedenen elektrischen Parametern, was wichtige theoretische Unterstützung für Leistungsanalyse und Designoptimierung bietet.

wobei Θ positiv definiert ist, wenn I hinter V zurückbleibt. Im Gleichgewichtspunkt ist das resultierende Drehmoment null, und daher

In der obigen Gleichung wird der Federsteuereffekt aufgrund seines minimalen Einflusses vernachlässigt, d.h. K3 = 0.

Arbeitscharakteristik des Blindwiderstandsrelais

Wie in der Abbildung gezeigt, erscheint die Arbeitscharakteristik eines Blindwiderstandsrelais als eine senkrechte Linie, die senkrecht zur horizontalen Achse steht. Hierbei repräsentiert X den Blindwiderstandswert der geschützten Leitung, und R ist die Widerstandskomponente. Diese Charakteristik zeigt, dass die Betriebsweise des Relais ausschließlich von der Blindwiderstandskomponente abhängt und unbeeinflusst von Änderungen des Widerstands bleibt. Der Bereich unter der Arbeitscharakteristikkurve ist die positive Drehmomentregion (d.h. der Betriebsbereich des Relais). Wenn der gemessene Impedanzwert in diesen Bereich fällt, schaltet das Relais sofort, was diese Charakteristik besonders für den Schutz kurzer Leitungen geeignet macht, da sie effektiv Störungen durch Übergangsresistenz vermeidet und einen schnellen, zuverlässigen Betrieb sicherstellt.

Falls τ in der Drehmomentgleichung nicht 90° beträgt, ergibt sich eine gerade, nicht parallel zur R-Achse verlaufende Charakteristik, und solch ein Relais wird als Winkelimpedanzrelais bezeichnet.

Dieses Relais kann keine Fehler in seiner eigenen oder benachbarten Abschnitten auf Übertragungsleitungen unterscheiden. Seine Richtungseinheit unterscheidet sich von der von Impedanzrelais, da die bremsenden reaktiven VA hier nahe Null liegen. Daher benötigt es eine Richtungseinheit, die unter Last inaktiv ist. Es ist ideal für den Erdfehlerschutz, da seine Reichweite unabhängig vom Fehlerspannungswiderstand bleibt.