Тип импедансно релéйно разстояние

Определение и принцип на действие на импедансния реле (релето за разстояние)

Импедансното реле, също известно като реле за разстояние, е защитно устройство, управляемо от напрежението, чиято операция зависи от електрическото разстояние (импеданс) между точката на дефекта и местоположението на инсталирането на релето. То функционира чрез измерване на импеданса на дефектната секция и сравнение с предварително зададен праг.

Механизъм на действие

• Измерване и сравнение: Релето непрекъснато наблюдава линейното напрежение (чрез потенциални трансформатори, PT) и тока (чрез токови трансформатори, CT), за да изчисли импеданса (Z = V/I).

• Отговор при дефект: Ако измереният импеданс е по-нисък от зададената стойност на релето (което указва дефект в защитената зона), то активира команда за изключване на автоматичния ключ. При нормални условия, линейният импеданс е висок (напрежението >> токът), което държи релето неактивно. Когато се появи дефект, токът се увеличава, а напрежението намалява, намалявайки импеданса и активирайки релето.

Принцип на действие

При нормална работа, отношението напрежение-ток (импеданс) остава над прага на релето. По време на дефект (например, F1 на линията AB), импедансът спада под зададената стойност. Например, ако релето е инсталирано за защита на линията AB с нормален импеданс Z, дефектът намалява импеданса, побудявайки релето да изключи ключа. Ако дефектът е извън защитената зона (например, след AB), импедансът остава висок, и релето остава неактивно.

Характеристики на действие

Релето се състои от два ключови компонента:

• Елемент за действие на тока: Генерира момент, пропорционален на тока.

• Елемент за ограничаване на напрежението: Произвежда възстановяващ момент, основан на напрежението. Уравнението за баланс на момента е:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 е фазовият ъгъл между напрежението и тока, а θ е максималният ъгъл на момента на релето. На диаграмата на импеданса, характеристиката на действието на релето изглежда като окръжност, центрирана в началото, с радиус, равен на зададения импеданс. Тази кръгова характеристика осигурява чувствителност както към големината, така и към фазата на импеданса, позволявайки надеждно разграничаване между дефектите в зоната и извън зоната.

-K3 представлява пружинен ефект на релето. При нормална работа, нетният момент = 0 със стойности на V и I.

Ако пружинният контролен ефект бъде пренебрегнат, уравнението става

Фигурата показва характеристики на действие с напрежение и ток; пунктираната линия означава постоянен линейен импеданс.

Фигурата по-долу представя характеристика на действие на импедансното реле. Регионът над характеристиката представлява положителен момент, където линейният импеданс надвишава този на дефектната секция, активирайки релето. Обратно, регионът с отрицателен момент (под линията) указва, че импедансът на дефекта надвишава линейния импеданс, държащ релето неактивно. Това разграничаване позволява прецизно детектиране на дефектите чрез сравнение на измерените импеданси с предварително зададения праг, осигурявайки надеждна защита в електроенергийните системи.

Радиусът на окръжността представлява линейния импеданс; X-R фазовият ъгъл указва векторна позиция. Импеданс < радиус = положителен момент (релето работи); импеданс > радиус = отрицателен момент (релето неактивно). Това визуално разграничаване осигурява бързо детектиране на дефекти в електроенергийните системи.

Това реле е класифицирано като високоскоростно реле.

Електромагнитно индукционно реле

Моментът в това реле произтича от електромагнитните взаимодействия между напрежението и тока, които се сравняват за действие. В неговата схема, Соленоид B&mdash;питан от потенциален трансформатор (PT)&mdash;генерира момент по часовниковата стрелка, теглещ плунджера P2 надолу. Пружина на P2 прилага ограничителна сила, създавайки механичен момент по часовниковата стрелка.

Соленоид A, възбуден от токов трансформатор (CT), произвежда момент по часовниковата стрелка (побудителен момент), който движи плунджера P1 надолу. При нормални условия, контактите на релето остават отворени. По време на дефект в защитената зона, нарастващият системен ток увеличава момента на соленоид A, докато намалява възстановяващият момент на соленоид B. Този дисбаланс завърта балансиращите ръце на релето, затваряйки контактите, за да започне защитата. Дизайнът осигурява бърз отговор на дефектите чрез сравнение на момента между електромагнитните и механичните сили.

Силата, оказвана от соленоид A (елементът за ток), е пропорционална на I², докато тази от соленоид B (елементът за напрежение) е пропорционална на V2. В резултат, релето ще се активира, когато силата, получена от тока, надвиши силата, получена от напрежението.

Константите k1 и k2 зависят от ампер-завоевете на двата соленоида и отношенията на измервателните трансформатори. Настройките на релето могат да бъдат коригирани чрез контакти на обмотките.

На характеристичната крива, y-осът означава времето на действие на релето, докато x-осът представлява импеданс. Забележително е, че времето на действие на релето остава постоянно (показвайки мигновено действие) за импеданси в предварително зададената защитна зона. На предварително определеното разстояние (соответстващо на зададения импеданс), стойностите на напрежението и тока се стабилизират; отвъд тази точка, измереният импеданс теоретично става безкрайно голям, което означава, че релето остава неактивно за дефекти извън своята защитна област. Тази линейна връзка между импеданса и времето на действие осигурява надеждно и бързо детектиране на дефекти в дефинираната зона.

Индукционно импедансно реле

Схемата на индукционното импедансно реле е показана по-долу. Това реле включва както елементи за ток, така и за напрежение, с алуминиев диск, който се върти между електромагнити.

Горният електромагнит съдържа две различни обмотки: основната обмотка е свързана с вторичната обмотка на токов трансформатор (CT), докато вторичната обмотка е свързана с потенциален трансформатор (PT). Настойката на тока на основната обмотка може да бъде коригирана чрез плъгин мост, разположен под релето, позволявайки точна калибрация на чувствителността на релето. Елементът за напрежение, зареден от PT, генерира магнитно поле, което взаимодейства с полето, получено от CT.

Това взаимодействие индуцира токове в алуминиевия диск, произвеждайки момент, който го кара да се върти. При нормална работа, дискът остава неподвижен поради балансираните моменти; по време на дефект, нарастващият ток разбиваше баланса, причинявайки диска да се завърти и да активира контактите на релето. Този дизайн осигурява надеждно детектиране на дефекти, основано на импеданса, в електроенергийните системи.

Електромагнитите в релето са свързани последователно, с техните индуцирани потоци, генериращи ротационен момент, който кара алуминиевия диск да се върти. Постоянен магнит предоставя както контролиращ, така и спиращ момент, за да стабилизира движението на диска.

При нормална работа, силата върху арматурата надвишава момента от индукционния елемент, държащ контактите за изключване отворени. Когато се появи системен дефект, токът през електромагнитите нараства, причинявайки алуминиевия диск да се върти. Скоростта на въртене на диска е директно пропорционална на тока на дефекта, намитайки пружина, докато се върти. Това въртящо се движение постепенно преодолява спиращия момент от постоянното магнитно поле.

Когато въртенето на диска достигне критичен праг (соответстващ на зададения импеданс), контактите за изключване се затварят, инициирайки защитната реакция. Този дизайн осигурява, че релето реагира бързо на дефектите, докато поддържа стабилността при нормална работа, с постоянния магнит, предоставящ есенциален контрол върху ускорението и спирането на диска, за да се предотврати неверно изключване.

Ъгълът на въртене на диска на релето зависи от силата върху арматурата, която е директно пропорционална на приложено напрежение. Следователно, напрежението определя ъгъла на въртене.

Времева характеристика на високоскоростното импедансно реле

Фигурата показва, че релето остава неактивно за стойности, надвишаващи 100% от прага за активация. Крива 1 представлява реалната оперативна характеристика, докато крива 2 предлага упростена модел на крива 1. Този дизайн осигурява бърз отговор на дефектите в предварително зададената зона, докато поддържа стабилност при нормални условия. Високоскоростната работа на релето е критична за минимизиране на повреди в електроенергийните системи, а упростената крива облекчава по-лесната имплементация и анализ в настройките на защитните реле.

Недостатъци на простото импедансно реле

Следните са ключовите недостатъци на импедансните реле:

• Липса на ориентирана дискриминация
  Релето реагира на промени в импеданса от двете страни на токовия трансформатор (CT) и потенциалния трансформатор (PT). Това прави трудно за автоматичните ключове да разграничат между внутренни дефекти (в защитената зона) и външни дефекти (извън зоната), потенциално водещо до ненужно изключване или забавено изолиране на дефекти.

• Чувствителност към дъговото съпротивление
  Действието на релето е значително влияно от дъговото съпротивление по време на дефекти. Дъговото съпротивление въвежда допълнителен импеданс, който може да маскира истинския импеданс на дефекта и да причини релето да реагира недостатъчно (да не изключи при вътрешни дефекти) или прекомерно (да изключи при външни дефекти).

• Уязвимост към колебания на мощността
  Импедансните реле са много чувствителни към колебания на мощността&mdash;периодични колебания на напрежението и тока, причинени от системни нарушения (например, внезапни промени в товара или нестабилност на генераторите). Колебанията на мощността могат да имитират условията на дефект, изменяйки измерения импеданс, водещ до неверно изключване или забавено действие.

• Неориентирано действие
  Релето изключва, когато измереният импеданс спадне под предварително зададения праг, независимо от посоката на дефекта. Това означава, че то не може да разграничи между дефекти напред (в защитената линия) и назад (към източника на мощност), ограничавайки приложимостта му в сложни, многопоходови електроенергийни системи.