ماسح المسافة من نوع المعاوقة
تعريف ومبدأ عمل مفتاح الحماية المقاوم (مفتاح المسافة)
مفتاح الحماية المقاوم، المعروف أيضًا بمفتاح المسافة، هو جهاز حماية يعتمد على الجهد يعمل بناءً على المسافة الكهربائية (المقاومة) بين نقطة العطل وموقع تركيب المفتاح. يعمل هذا المفتاح من خلال قياس مقاومة الجزء المعطوب ومقارنتها بعتبة محددة مسبقًا.
آلية العمل
مبدأ التشغيل
في التشغيل الطبيعي، يبقى نسبة الجهد إلى التيار (المقاومة) أعلى من عتبة المفتاح. أثناء العطل (مثل F1 على الخط AB)، تنخفض المقاومة إلى أقل من الإعداد. على سبيل المثال، إذا تم تركيب المفتاح لحماية الخط AB مع مقاومة طبيعية Z، فإن العطل يقلل من المقاومة، مما يحث المفتاح على قطع القاطع. إذا كان العطل خارج المنطقة المحمية (مثل ما بعد AB)، تظل المقاومة عالية، والمفتاح غير مفعل.
خصائص التشغيل
يتكون المفتاح من عنصرين رئيسيين:
-K3 يمثل تأثير الربيع في المفتاح. في التشغيل الطبيعي، يكون العزم الصافي = 0 مع قيم الجهد والتيار.
إذا تم تجاهل تأثير الربيع، تصبح المعادلة
تظهر الخصائص التشغيلية مع الجهد والتيار؛ الخط المتقطع يدل على المعاوقة الثابتة للخط.
يوضح الشكل التالي خصائص تشغيل مفتاح الحماية المقاوم. المنطقة فوق خط الخصائص تمثل عزم دوران إيجابي، حيث تتجاوز معاوقة الخط معاوقة الجزء المعطوب، مما يؤدي إلى تشغيل المفتاح. على العكس، منطقة العزم السالب (تحت الخط) تشير إلى أن معاوقة العطل تتجاوز معاوقة الخط، مما يبقي المفتاح غير نشط. تساعد هذه التفرقة على اكتشاف الأعطال بدقة من خلال مقارنة المعاوقة المقاسة مع العتبة المحددة مسبقًا، مما يضمن حماية موثوقة في الأنظمة الكهربائية.
يمثل نصف قطر الدائرة معاوقة الخط؛ زاوية المرحلة X-R تشير إلى موقع المتجه. المعاوقة < نصف القطر = عزم دوران إيجابي (يعمل المفتاح)؛ المعاوقة > نصف القطر = عزم دوران سالب (غير نشط المفتاح). تضمن هذه التفرقة البصرية اكتشاف الأعطال بسرعة في الأنظمة الكهربائية.
يصنف هذا المفتاح كمفتاح عالي السرعة.
مفتاح الحماية الكهرومغناطيسي
ينشأ العزم في هذا المفتاح من التفاعلات الكهرومغناطيسية بين الجهد والتيار، والتي يتم مقارنتها للتشغيل. في دائرته، يولد Solenoid B—الم alimentado por un transformador de potencial (PT)—un par de torsión en el sentido horario, tirando del émbolo P2 hacia abajo. Un resorte en P2 aplica una fuerza de restricción, creando un par mecánico en el sentido horario.
Solenoid A, alimentado por un transformador de corriente (CT), produce un par de torsión de desvío (pick-up) en el sentido horario que mueve el émbolo P1 hacia abajo. En condiciones normales, los contactos del relé permanecen abiertos. Durante un fallo en la zona protegida, el aumento del sistema de corriente aumenta el par de torsión de Solenoid A mientras reduce el par de torsión de restauración de Solenoid B. Este desequilibrio gira los brazos de equilibrio del relé, cerrando los contactos para iniciar la protección. El diseño asegura una respuesta rápida a los fallos mediante la comparación del par entre las fuerzas electromagnéticas y mecánicas.
La fuerza ejercida por el solenoide A (el elemento de corriente) es proporcional a , mientras que la del solenoide B (el elemento de voltaje) es proporcional a . Como resultado, el relé se activará cuando la fuerza derivada de la corriente supere a la fuerza derivada del voltaje.
Las constantes k1 y k2 dependen de las vueltas-amperio de los dos solenoides y las razones de los transformadores de instrumento. Las configuraciones del relé pueden ajustarse a través de tomas en las bobinas.
En la curva característica, el eje y denota el tiempo de operación del relé, mientras que el eje x representa la impedancia. Notablemente, el tiempo de operación del relé permanece constante (indicando acción instantánea) para impedancias dentro de la zona de protección preestablecida. En la distancia predeterminada (correspondiente a la impedancia fijada), los valores de voltaje y corriente se estabilizan; más allá de este punto, la impedancia medida se vuelve teóricamente infinita, lo que significa que el relé permanece inactivo para fallos fuera de su alcance de protección. Esta relación lineal entre la impedancia y el tiempo de operación asegura la detección confiable y rápida de fallos dentro de la zona definida.
Relé de Impedancia de Inducción
El diagrama de circuito de un relé de impedancia de inducción se ilustra a continuación. Este relé incorpora tanto elementos de corriente como de voltaje, con un disco de aluminio que gira entre electroimanes.
El electroimán superior contiene dos bobinados distintos: el bobinado primario está conectado al bobinado secundario de un transformador de corriente (CT), mientras que el bobinado secundario está vinculado a un transformador de potencial (PT). La configuración de corriente del bobinado primario puede ajustarse mediante un puente de enchufe posicionado debajo del relé, permitiendo una calibración precisa de la sensibilidad del relé. El elemento de voltaje, energizado por el PT, genera un campo magnético que interactúa con el campo derivado de la corriente del CT.
Esta interacción induce corrientes de Foucault en el disco de aluminio, produciendo un par de torsión que impulsa su rotación. En condiciones de operación normal, el disco permanece estacionario debido a los pares de torsión equilibrados; durante un fallo, el aumento de la corriente desequilibra los pares, causando la rotación del disco y activando los contactos del relé. Este diseño asegura una detección confiable de fallos basada en la impedancia en sistemas de energía.
Los electroimanes en el relé están conectados en serie, con sus flujos inducidos generando un par de torsión que impulsa el disco de aluminio. Un imán permanente proporciona tanto un par de control como de frenado para estabilizar el movimiento del disco.
En la operación normal, la fuerza sobre el armadura supera el par del elemento de inducción, manteniendo los contactos de corte abiertos. Cuando ocurre un fallo en el sistema, la corriente a través de los electroimanes aumenta, causando la rotación del disco de aluminio. La velocidad de rotación del disco es directamente proporcional a la corriente de fallo, enrollando un resorte a medida que gira. Este movimiento rotatorio gradualmente supera el par de frenado del imán permanente.
Una vez que la rotación del disco alcanza un umbral crítico (correspondiente a la impedancia fijada), los contactos de corte se cierran, iniciando la respuesta de protección. Este diseño asegura que el relé reaccione rápidamente a los fallos mientras mantiene la estabilidad durante la operación normal, con el imán permanente proporcionando un control esencial sobre la aceleración y el frenado del disco para evitar falsas activaciones.
El ángulo de rotación del disco del relé depende de la fuerza del armadura, que es directamente proporcional al voltaje aplicado. Por lo tanto, el voltaje dicta el ángulo de rotación.
Característica Temporal de Relé de Impedancia de Alta Velocidad
La figura muestra que el relé permanece inactivo para valores que exceden el 100% del umbral de captación. La curva 1 representa la característica operativa real, mientras que la curva 2 ofrece un modelo simplificado de la curva 1. Este diseño asegura una respuesta rápida a los fallos dentro del rango preestablecido, manteniendo la estabilidad en condiciones normales. La operación de alta velocidad del relé es crucial para minimizar daños en los sistemas de energía, con la curva simplificada facilitando la implementación y análisis más sencillos en las configuraciones de relés de protección.
عيوب مفتاح الحماية المقاوم البسيط
ما يلي هو العيوب الرئيسية لمفاتيح الحماية المقاومة:
