Impedantsüütmeline kaugusrelé

Impedantsuse rele (kauguse rela) määratlus ja põhimõte

Impedantsuse relee, ka teada kui kauguse relee, on volitajate juhitav kaitseelement, mille töö sõltub elektrilisest kaugusest (impedantsist) viga ja releeharju paigaldamiskohta vahel. See funktsioneerib mitteveadega osa impedantsi mõõtmise ja etteantud limiidi võrdlemise kaudu.

Töötamismehhanism

• Mõõtmine ja võrdlus: Rele jälgib pidevalt joonivoolu (potentsiaaltransformaatorite (PT) abil) ja voolu (voolutransformaatorite (CT) abil), et arvutada impedants (Z = V/I).

• Viga vastuvõtt: Kui mõõdetud impedants on madalam kui releeset (mis viitab vigale kaitstud ala sees), siis see käivitab katkestuskäskluse lülitile. Tavalistes tingimustes on joone impedants kõrge (volitaja >> vool), mis hoiab releed passiivsel. Kui vigastus toimub, tõuseb vool ja langab volitaja, vähendades impedantsi ja aktiveerides releed.

Toimimispõhimõte

Tavalises töös jääb volitaja-vool suhe (impedants) üle releeliini. Vigaga (nt F1 joonel AB) väheneb impedants alla seadetud limiidini. Näiteks, kui relee on paigaldatud joone AB kaitseks normaalsete impedantsiga Z, vähendab vigastus impedantsi, viies relee lülitima. Kui vigastus asub kaitsta ala väljas (nt AB-st edasi), jääb impedants kõrge, ja relee jääb passiivseks.

Toimimisomadused

Relee koosneb kahest peamisest komponendist:

• Voolu toimiv element: Tekitab voolule proportsionaalse poolitava momenti.

• Volitaja piirav element: Toodab volitajale põhineva taastava momenti. Momentide tasakaalu võrrand on:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 on volitaja ja voolu faasikulma, ja θ on releeliini maksimaalne momentikulm. Impedantsdiagrammil näitab releeliini toimimisomadus ringi, mis on keskpunktiga origo, raadiusega sama nagu seadetud impedants. See ringiline omadus tagab tundlikkuse nii impedantsi suurusele kui ka faasile, lubades usaldusväärset eristamist sisemiste ja välimiste vigade vahel.

-K3 esindab releeliini veereefekti. Tavalises töös on netomoment = 0 V ja I väärtustega.

Kui veere kontroll efekt jääb eemale, muutub võrrand

Pilt näitab toimimisomadusi volitajaga ja vooluga; katkenerjoon tähistab konstantset joone impedantsi.

Allpool olev pilt illustreerib impedantsurelee toimimisomadust. Karakteristikuliini ülemine osa esindab positiivset momenti, kus joone impedants ületab vigase osa impedantsi, käivitades releeliini. Vastupidises negatiivse momenti regioonis (liini all) viitab vigase impedantsi ületamisele joone impedantsi, hoides releeliini passiivsel. See eristus võimaldab täpset vigade tuvastamist, võrreldes mõõdetud impedantsi etteantud limiidiga, tagades usaldusväärse kaitse energiajõudlustes.

Ringi raadius esindab joone impedantsi; X-R faasikulm näitab vektori asukohta. Impedants < raadius = positiivne moment (relee töötab); impedants > raadius = negatiivne moment (relee passiivne). See visuaalne eristus tagab kiire vigade tuvastamise energiajõudlustes.

See relee kuulub kiiretoimivate releede hulka.

Elektromagnetiline induktsioonirelee

Selle relees tekib moment elektromagnetiliste interaktsioonide tõttu volitaja ja voolu vahel, mida võrreldakse operatsiooni jaoks. Selle tsirkviits Solenoid B - võrgustiku potentsiaaltransformaatori (PT) abil - tekitab päripäeva suunda momenti, vedamas plungeri P2 alla. P2-l olev veer esitab takistav jõud, luues päripäeva mehaanilise momenti.

Solenoid A, energiseeritud voolutransformaatori (CT) abil, toodab päripäeva suunda poolitava (pick-up) momenti, vedamas plungeri P1 alla. Tavalistes tingimustes jäävad releeliini kontaktid lahti. Kaitsta ala vigaga kasvab süsteemi vool, suurendades Solenoid A momenti ja vähendades Solenoid B taastava momenti. See ebavõrdus pööratab releeliini tasakaalu käske, sulges kontakte kaitse algatamiseks. Konstruktsioon tagab kiire vastuse vigadele, võrreldes elektromagnetilisi ja mehaanilisi jõude.

Solenoobi A (vooluelement) poolitav jõud on proportsionaalne I², samas kui solenoobi B (volitajaelement) taastav jõud on proportsionaalne V2. Seetõttu aktiveeritakse relee, kui voolult pärinev jõud ületab volitajalt pärinevat jõudu.

Konstandid k1 ja k2 sõltuvad kahest solenoobist ampeer-kierretelt ja instrumentitransformatorite suhtelistest suurustest. Relee sätete saab muuta solenoobide spiraalide tabade kaudu.

Karakteristikukäigu y-telg tähistab releeliini tööaega, x-telg impedantsi. Märgatavasti jääb releeliini tööaeg konstandiks (tähistades hetkmeid) impedantside jaoks, mis jäävad etteantud kaitsepiiri sees. Etableeritud kaugusel (vastavalt seadetud impedantsile) stabiliseeruvad volitaja ja voolu väärtused; selle punkti ületades muutub mõõdetud impedants teoreetiliselt lõpmatuks, tähendades, et relee jääb passiivseks vigade korral oma kaitseala väljas. See lineaarne seos impedantsi ja tööaega vahel tagab usaldusväärse, kiire vigade tuvastamise defineeritud piiri sees.

Induktsiooniline impedantsurelee

Induktsioonilise impedantsurelee tsirkviit on allpool illustreeritud. See relee sisaldab nii voolu kui ka volitajaelemente, omades aluminiumplokkidega, mis keerlevad elektromagnetide vahel.

Ülemine elektromagnet sisaldab kahte erinevat kattet: esmane katt on ühendatud voolutransformaatori (CT) sekundaarsega, samas kui sekundaarne katt on ühendatud potentsiaaltransformaatori (PT) sekundaarsega. Esmane katti voolu sätted saab reguleerida plug bridge'i kaudu, mis asub releeliini all, võimaldades täpset tundlikkuse kalibreerimist. Volitajaelement, energiseeritud PT-ga, genereerib magnetväli, mis interageerib CT-põhise voolu poolt tekitatud väljaga.

See interaktsioon tekitab aluminiumplokis eddy currentsid, tootes moment, mis pööratab seda. Tavalistes töötingimustes jääb plokk paigale tasakaalustatud momentide tõttu; vigaga kasvab vool, ebavõrdustes momentide, pöörates plokki ja käivitades releeliini kontaktid. See disain tagab usaldusväärse impedantsipõhise vigade tuvastamise energiajõudlustes.

Elektromagnetid on ühendatud sarja, nende tekitatud fluxid loovad pöördmoment, mis pööratab aluminiumplokki. Püsik magneet pakub nii kontrolli- kui ka brekid momenti, stabiiliseerides plokki liikumist.

Tavalistes töötingimustes ületab armatuuri jõud induktsioonielementi momenti, hoides lülituspunktid lahti. Kui süsteemis toimub vigastus, tõuseb vool elektromagnetides, pöörates aluminiumplokki. Plokki pöördkiirus on otseproportsionaalne vigastuse vooluga, kattes veere, kui see keerleb. See pöördliikumine aeglaselt ületab püsik magneeti poolt pakutava takistava momenti.

Kui plokki pöördumine jõuab kriitilisse limiidini (vastavalt seadetud impedantsile), sulgeb lülituspunktid, algatades kaitsereaktsiooni. See disain tagab, et relee reageeriks kiiresti vigadele, säilitades stabiilsuse tavalistes töötingimustes, püsik magneet pakudes olulist kontrolli plokki kiirenduse ja brekid üle, et vältida eksituslikku lülitamist.

Relee plokki pöördkulm sõltub armatuuri jõust, mis on otseproportsionaalne rakendatud volitajaga. Seega määrab volitaja pöördkulma.

Kiiretoimiva impedantsurelee ajakahvering

Pildilt nähtub, et relee jääb passiivseks väärtuste ületamisel 100% pick-up limiidist. Käiv 1 esindab tegelikku toimimisomadust, samas kui käiv 2 pakub lihtsustatud mudelit käiv 1-st. See disain tagab kiire vastuse vigadele etteantud ulatuses, säilitades stabiilsuse tavalistes tingimustes. Relee kiire toimimine on kriitiline minimaalseda kahju energiajõudlustes, lihtsustatud käiv lihtsustab implementeerimist ja analüüsi kaitsereleede sätetes.

Lihtsa impedantsurelee puudujäägid

Järgmised on impedantsurelete peamised ebasoodsad omadused:

• Suunalise diskrimineerimise puudumine
  Relee reageerib impedantsimuutustele nii voolutransformaatori (CT) kui ka potentsiaaltransformaatori (PT) mõlemal pool. See muudab raskeks lülituste jaoks eristada sisevigade (kaitsta ala sees) ja välisvigade (kaitsta ala väljas), võimaldades ebavajaliku lülitamise või hilinenud vigade isolatsiooni.

• Tundlikkus lõikepuhkevastusele
  Relee töö on oluliselt mõjutatud lõikepuhkevastusega vigade ajal. Lõikepuhkevastus lisab impedantsi, mis võib maskida tegelikku vigase impedantsi, põhjustades releeliini reageerimata jäämise (mitte lülituda sisevigade korral) või ebatõhusa lülitumise (välisvigade korral).

• Astmeskoonduste tundlikkus
  Impedantsureled on tundlikud astmeskoondustele - perioodilistele volitaja ja voolu lünkedele, mida põhjustavad süsteemi segadused (nt ootamatud laadimuutused või geneeratori ebastabiilsus). Astmeskoondused võivad imiteerida vigade tingimusi, muutes mõõdetud impedantsi, põhjustades ebatõhusa lülitumise või hilinenud toimimise.

• Mitte-suunaline toimimine
  Relee lülitub igal korral, kui mõõdetud impedants langeb alla etteantud limiidini, olenemata vigasuunast. See tähendab, et see ei suuda eristada edasiviivaid vigu (kaitsta joone sees) ja tagasiviivaid vigu (energiapallika poole), piirides selle rakendamisvõimet keerukates, mitmekesises energiajõudlustes.