Reljev udaljenosti tipa impedancija

Definicija i princip impedansnog releja (relej udaljenosti)

Impedansni relej, poznat i kao relej udaljenosti, je zaštitni uređaj upravljan od strane napona čija se radnja temelji na električnoj udaljenosti (impedanciji) između točke greške i položaja instalacije releja. Funkcioniše mjerenjem impedancije oštećenog dijela i usporedbom s unaprijed postavljenim pragom.

Mehanizam rada

• Mjerenje i usporedba: Relej kontinuirano nadgleda napon na liniji (putem transformatora napona, PT-ova) i struja (putem transformatora struje, CT-ova) kako bi izračunao impedanciju (Z = V/I).

• Odgovor na grešku: Ako je izmjerena impedancija niža od postavke releja (što ukazuje na grešku unutar zaštićene zone), aktivira se naredba prekidača. U normalnim uvjetima, impedancija linije je visoka (napon >> struja), što drži relej neaktivnim. Kada dođe do greške, struja se povećava, a napon pada, smanjujući impedanciju i aktivirajući relej.

Princip rada

U normalnom radu omjer napona i struje (impedancija) ostaje iznad praga releja. Tijekom greške (npr. F1 na liniji AB), impedancija padne ispod postavke. Na primjer, ako je relej instaliran za zaštitu linije AB s normalnom impedancijom Z, greška smanjuje impedanciju, potičući relej da prekidač zapali. Ako se greška nalazi izvan zaštićene zone (npr. izvan AB), impedancija ostaje visoka, a relej ostaje neaktiviran.

Radne karakteristike

Relej se sastoji od dvije ključne komponente:

• Element radnog strujanja: Stvara odbojni moment proporcionalan struji.

• ELEMENT ZAČUVANJA NAPONA: Proizvodi povratni moment temeljen na naponu. Jednadžba ravnoteže momenata je:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 je faza između napona i struje, a θ jeste maksimalni kut momenata releja. Na dijagramu impedancije, radna karakteristika releja prikazana je kao krug s centrom u ishodištu, s polumjerom jednakim postavljenoj impedanciji. Ova kružna karakteristika osigurava osjetljivost na magnitudu i fazu impedancije, omogućujući pouzdanu razlikovanje između grešaka unutar i izvan zone.

-K3 predstavlja efekt opruge releja. U normalnom radu, neto moment = 0 sa vrijednostima V i I.

Ako se kontrolni efekt opruge zanemari, jednadžba postaje

Slika pokazuje radne karakteristike s naponom i strujom; crta isprekidana linija označava konstantnu impedanciju linije.

Sljedeća slika prikazuje radnu karakteristiku impedansnog releja. Područje iznad karakteristične linije predstavlja pozitivan moment, gdje impedancija linije premašuje impedanciju oštećenog dijela, pokrećući rad releja. S druge strane, područje negativnog momenta (ispod linije) ukazuje da impedancija greške premašuje impedanciju linije, čuvajući relej neaktivnim. Ova razlika omogućuje precizno otkrivanje grešaka usporedbom izmjerene impedancije s unaprijed postavljenim pragom, osiguravajući pouzdanu zaštitu u elektroenergetskim sustavima.

Polumjer kruga predstavlja impedanciju linije; X-R fazni kut označava vektorski položaj. Impedancija < polumjer = pozitivan moment (relej radi); impedancija > polumjer = negativan moment (relej neaktivan). Ova vizualna razlika osigurava brzo otkrivanje grešaka u elektroenergetskim sustavima.

Ovaj relej klasificiran je kao visokobrzinski relej.

Elektromagnetski indukcioni relej

Moment u ovom releju nastaje od elektromagnetskih interakcija između napona i struje, koje se uspoređuju za rad. U njegovoj shemi, solenoid B&mdash;isključen potencijalnim transformatorom (PT)&mdash;generira moment u smjeru kazaljke na satu, povlačeći plunger P2 prema dolje. Opruga na P2 stvara povratnu silu, stvarajući mehanički moment u smjeru kazaljke na satu.

Solenoid A, uzbuđen strujnim transformatorom (CT), proizvodi moment odboja (pick-up) u smjeru kazaljke na satu, koja pomiče plunger P1 prema dolje. U normalnim uvjetima, kontakti releja ostaju otvoreni. Tijekom greške u zaštićenoj zoni, porast sustavske struje povećava moment solenoida A, dok smanjuje povratni moment solenoida B. Ova neravnoteža vrati balansne ramene releja, zatvarajući kontakte kako bi se inicirala zaštita. Dizajn osigurava brz odgovor na greške putem usporedbe momenata između elektromagnetskih i mehaničkih sila.

Sila izazvana solenoidom A (element struje) je proporcionalna I², dok ta iz solenoida B (element napona) je proporcionalna V2. Stoga će relej aktivirati kada sila izvedena iz struje premaši silu izvedenu iz napona.

Konstante k1 i k2 ovisne su o amper-okretajima dva solenoida i omjerima instrumentnih transformatora. Postavke releja mogu se prilagoditi putem tapovanja na cijevima.

Na karakterističnoj krivulji, y-os označava vrijeme rada releja, dok x-os predstavlja impedanciju. Važno je napomenuti da vrijeme rada releja ostaje konstantno (što ukazuje na trenutnu akciju) za impedancije unutar unaprijed postavljene zone zaštite. Na predodređenoj udaljenosti (koja odgovara postavljenoj impedanciji), vrijednosti napona i struje stabiliziraju se; izvan točke mjerena impedancija teorijski postaje beskonačna, što znači da relej ostaje neaktivan za greške izvan svoje zaštitne opsege. Ova linearna relacija između impedancije i vremena rada osigurava pouzdano, brzo otkrivanje grešaka unutar definiranog područja.

Indukcijski impedansni relej

Shema indukcijskog impedansnog releja prikazana je u nastavku. Ovaj relej uključuje elemente struje i napona, s aluminijastom pločom koja rotira između elektromagnetnih polja.

Gornji elektromagnet sadrži dvije različite navije: glavna navija povezana je s sekundarnim zavojnicama strujnog transformatora (CT), dok je sekundarna navija povezana s potencijalnim transformatorom (PT). Postavka struje glavne navije može se prilagoditi putem plug bridge-a ispod releja, omogućujući preciznu kalibraciju osjetljivosti releja. Element napona, isključen PT-om, generira magnetsko polje koje interaguira s poljem izvedenim od struje CT-a.

Ova interakcija inducira vrtlog struje u aluminijastoj ploci, proizvodeći moment koji pokreće njenu rotaciju. U normalnom radu, ploča ostaje statička zbog ravnoteže momenata; tijekom greške, porast struje neravnoteži momente, uzrokujući rotaciju ploče i paljenje kontakata releja. Ovaj dizajn osigurava pouzdano otkrivanje grešaka bazirano na impedanciji u elektroenergetskim sustavima.

Elektromagneti u releju povezani su u seriju, s njihovim induciranim fluksima koji generiraju rotacijski moment koji pokreće aluminijastu plocu. Stalni magnet pruža i kontrolni i kočni moment za stabilizaciju gibanja ploče.

U normalnom radu, sila na armaturi premašuje moment indukcijskog elementa, održavajući kontakte za paljenje otvorene. Kada dođe do greške u sustavu, struja kroz elektromagnete poraste, uzrokujući rotaciju aluminijaste ploče. Brzina rotacije ploče direktno proporcionalna je struji greške, zakretajući oprugu kako se okreće. Ovo rotacijsko gibanje postepeno prevladava kočni moment stalnog magneta.

Kada rotacija ploče doseže kritičnu granicu (koja odgovara postavljenoj impedanciji), kontakte za paljenje zatvaraju, inicirajući zaštitnu reakciju. Ovaj dizajn osigurava da relej brzo reagira na greške, održavajući stabilnost tijekom normalnog rada, s stalnim magnetom koji pruža važnu kontrolu nad ubrzanjem i kočenjem ploče kako bi se spriječilo lažno paljenje.

Kut rotacije diska releja ovisi o sili na armaturi, koja je direktno proporcionalna primjenjenom naponu. Stoga napon određuje kut rotacije.

Vremenska karakteristika visokobrzinskog impedansnog releja

Slika pokazuje da relej ostaje neaktivan za vrijednosti veće od 100% pragova preuzimanja. Krivulja 1 predstavlja stvarnu radnu karakteristiku, dok Krivulja 2 nudi pojednostavljen model Krivulje 1. Ovaj dizajn osigurava brz odgovor na greške unutar postavljenog raspona, održavajući stabilnost u normalnim uvjetima. Visokobrzinska operacija releja ključna je za minimalizaciju štete u elektroenergetskim sustavima, s pojednostavljenom krivuljom koja olakšava implementaciju i analizu u postavkama zaštitnih releja.

Nedostaci jednostavnog impedansnog releja

Sljedeće su ključne nedostatke impedansnih releja:

• Nedostatak smjernog diskriminiranja
  Relej reagira na promjene impedancije s obje strane strujnog transformatora (CT) i potencijalnog transformatora (PT). To čini teškim za prekidače razlikovati između internih grešaka (unutar zaštićene zone) i eksternih grešaka (izvan zone), što može dovesti do nepotrebnog paljenja ili kasnog izoliranja grešaka.

• Osjetljivost na otpor luka
  Rad releja značajno utječe na otpor luka tijekom grešaka. Otpor luka uvodi dodatnu impedanciju, koja može maskirati stvarnu impedanciju greške i uzrokovati da relej ili ne reagira (ne paljenje za interne greške) ili prekomjerno reagira (lažno paljenje za eksterne greške).

• Pouzdanost na oscilacije snage
  Impedansni releji su vrlo osjetljivi na oscilacije snage&mdash;periodične oscilacije napona i struje uzrokovane perturbacijama u sustavu (npr. naglim promjenama opterećenja ili nestabilnosti generatora). Oscilacije snage mogu imitirati uvjete greške mijenjanjem izmjerene impedancije, što može dovesti do lažnog paljenja ili kasnog rada.

• Nesmjerni rad
  Relej paljenje izaziva svaki put kada izmjerena impedancija padne ispod unaprijed postavljenog praga, bez obzira na smjer greške. To znači da ne može razlikovati između grešaka prema naprijed (unutar zaštićene linije) i grešaka prema natrag (prema izvoru struje), ograničujući njegovu primjenjivost u složenim, višeizvorisnim elektroenergetskim sustavima.