Impedancia típusú távolsági relé

Távolságrelé (impedanciarelé) definíciója és működési elve

Az impedanciarelé, más néven távolságrelé, egy feszültség-ellenállás alapú védelmi eszköz, amely működése az áramkörbeli hiba helye és a relé telepítési helye közötti elektromos távolságtól (impedanciától) függ. A relé működése során megméri a hibás szakasz impedanciáját, és ezt összehasonlítja egy előre beállított küszöbértékkel.

Működési Mechanizmus

• Mérés és Összehasonlítás: A relé folyamatosan figyeli a vonal feszültségét (potenciáltranszformátorok, PT-k segítségével) és az áramerősséget (áramerősség-transzformátorok, CT-k segítségével), hogy kiszámolja az impedanciát (Z = V/I).

• Hiba Reagálása: Ha a mérési impedancia alacsonyabb, mint a relé beállítása (ami azt jelzi, hogy a hiba a védett zónán belül van), akkor aktiválja a váltókapcsolót. Normál körülmények között a vonal impedanciája magas (feszültség >> áram), ami inaktív állapotban tartja a relét. Amikor hiba lép fel, az áram emelkedik, a feszültség csökken, ami csökkenti az impedanciát, és aktiválja a relét.

Működési Elv

Normál működés közben a feszültség-áram arány (impedancia) felett van a relé küszöbének. Hiba esetén (pl. F1 az AB vonalon) az impedancia leesik a beállított érték alá. Például, ha a relét az AB vonal védésére telepítik, ahol a normál impedancia Z, a hiba csökkenti az impedanciát, és a relé aktiválja a kapcsolót. Ha a hiba a védett zónán kívül van (pl. az AB vonal után), az impedancia magas marad, és a relé inaktív marad.

Működési Jellemzők

A relé két fő komponensből áll:

• Áramerősség-operatív elem: Arányosan az áramerősséghez képest generál forgóerőt.

• Feszültség-visszatartó elem: A feszültség alapján teremt visszatartó erőt. A forgóerő egyenlete:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 a feszültség és az áram fáziskülönbsége, és θ a relé maximális forgóerő szöge. Az impedanciadiagramon a relé működési jellemzője egy a kezdőpont körül középpontú kör, aminek sugara megegyezik a beállított impedanciával. Ez a kör alak biztosítja a sebességet és a fázisérzékenységet, lehetővé téve a megbízható diszkriminációt a zóna belül és onnan kívüli hibák között.

-K3 jelöli a relé rugó hatását. Normál működés közben a netto forgóerő = 0 a V és I értékekkel.

Ha a rugó hatását elhanyagoljuk, az egyenlet a következő lesz

A rajz a működési jellemzőket mutatja a feszültséggel és az árammal; a szaggatott vonal állandó vonal impedanciát jelöl.

A rajz alatt a távolságrelé működési jellemzőit látjuk. A jellemzővonal feletti régió pozitív forgóerőt jelent, ahol a vonal impedanciája meghaladja a hibás szakasz impedanciáját, aktiválva a relét. Ellenben, a negatív forgóerő régió (a vonal alatt) azt jelzi, hogy a hiba impedanciája meghaladja a vonal impedanciáját, így a relé inaktív marad. Ez a különbség lehetővé teszi a pontos hiba detektálást, összehasonlítva a mérési impedanciát a beállított küszöbértékkel, garantálva a megbízható védelmet a villamos rendszerekben.

A kör sugara a vonal impedanciát jelöli; az X-R fázisszög a vektor pozícióját. Impedancia < sugár = pozitív forgóerő (relé működik); impedancia > sugár = negatív forgóerő (relé inaktív). Ez a vizuális különbség biztosítja a gyors hiba detektálást a villamos rendszerekben.

Ez a relé gyors működésű relének számít.

Elektromágneses Indukciós Relé

Ebben a relében a forgóerő az elektromágneses interakciók eredménye a feszültség és az áram között, amelyeket összehasonlítva működik. A körben a B solenoid - potenciáltranszformátor (PT) által ellátott - óramutató járásával ellentétes forgóerőt generál, lefelé húzza a P2 plunger-t. A P2-en található rugó ellenőrző erőt alkalmaz, óramutató járásával egyező mechanikai forgóerőt teremtve.

Az A solenoid, amely áramerősség-transzformátor (CT) által indított, óramutató járásával egyező forgóerőt (pickup) generál, ami a P1 plunger-t lefelé mozgatja. Normál körülmények között a relé kapcsolói nyitva maradnak. A védett zónában bekövetkező hiba esetén a rendszer áramának növekedése növeli az A solenoid forgóerőjét, miközben csökkenti a B solenoid ellenőrző erőjét. Ez a kiegyensúlyozatlanság elforgatja a relé egyensúlyozó karjait, bezárva a kapcsolókat a védelem indításához. A tervezés gyors reagálást biztosít a hibákra a forgóerők elektromágneses és mechanikus erők közötti összehasonlításával.

Az A solenoid (az áramerősség elem) által kifejtett erő arányos I²-vel, míg a B solenoid (a feszültség elem) által kifejtett erő arányos V2-vel. Így a relé aktiválódik, amikor az áramerősség alapján származtatott erő meghaladja a feszültség alapján származtatott erőt.

A k1 és k2 konstansok a két solenoid ampere-hurokától és a mérőtranszformátorok arányától függnek. A relé beállításai a címkék segítségével állíthatók be a tehercirkuitben.

A jellemző görbe y tengelye a relé működési időjét, míg az x tengely az impedanciát jelöli. Megjegyzendő, hogy a relé működési ideje állandó (azonnali működést jelöl) a beállított védelmi zónában belüli impedanciák esetén. A beállított távolságnál (ami a beállított impedanciával egyezik) a feszültség és az áram értékei stabilizálódnak; ennek túlmenetén a mérési impedancia elméletileg végtelen lesz, ami azt jelenti, hogy a relé inaktív marad a védelmi zónáján kívüli hibák esetén. Ez a lineáris összefüggés az impedanciát és a működési időt között biztosítja a megbízható, gyors hiba detektálást a definiált zónában.

Indukciós Típusú Impedanciarelé

Az indukciós típusú impedanciarelé áramkördiagramja alább látható. Ez a relé mind az áramerősség, mind a feszültség elemeket tartalmazza, és alumínium lemezzel rendelkezik, amely elektromágnesek között forog.

A felső elektromágnessel két különböző tekercs található: a primáris tekercs csatlakoztatva van az áramerősség-transzformátor (CT) másodlagos tekercséhez, míg a másodlagos tekercs csatlakoztatva van a potenciáltranszformátor (PT) másodlagos tekercséhez. A primáris tekercs áramerősség-beállítása a relé alatt található plug bridge segítségével állítható be, lehetővé téve a relé érzékenységének pontos kalibrálását. A feszültség elem, amely a PT által ellátott, egy olyan mágneses mezőt generál, amely interakcióba lép az áramerősség-transzformátorból származó mágneses mezővel.

Ez az interakció eddy áramokat indukál az alumínium lemezben, amely forgóerőt teremt, amely meghajtja a lemez forgását. Normál működés közben a lemez a balanszolt forgóerők miatt áll. Hiba esetén az áramerősség csúcs miatt a forgóerők kiegyensúlyozódnak, ami a lemez forgását és a relé kapcsolóinak aktiválódását okozza. Ez a tervezés biztosítja a megbízható impedanciálapú hiba detektálást a villamos rendszerekben.

A relé elektromagnesei sorban vannak összekötve, és a feltételezett fluxusok forgóerőt generálnak, amely meghajtja az alumínium lemezt. Egy állandó mágnes vezérlő és fékező forgóerőt ad, hogy stabilizálja a lemez mozgását.

Normál működés közben az armatúrára ható erő nagyobb, mint az indukciós elem forgóerője, így a trip kapcsolók nyitva maradnak. Rendszerhiba esetén az elektromagne