Impedance Tipsa Relais

Impedance Relēja (Attāluma relēja) definīcija un princips

Impedance relēja, arī zināma kā attāluma relēja, ir sprieguma kontrolierte aizsardzības ierīce, kuras darbība atkarīga no elektriskā attāluma (impedances) starp defektu un relējas uzstādīšanas vietu. Tā darbojas, mērījot defektā cēliesošā posma impedanci un salīdzinot to ar iepriekš noteikto slieksni.

Darbības mehānisms

• Mērījums un salīdzinājums: Relēja nepārtraukti kontrolē līnijas spriegumu (caur potenciāltreņķiem, PT) un strāvu (caur strāvas treņķiem, CT), lai aprēķinātu impedanci (Z = V/I).

• Defekta reakcija: Ja mērītā impedanca ir zemāka par relējas iestatījumu (ko norāda defekts aizsargājamajā zonā), tā izraisa šķērsnes izvietojuma komandu. Normālos apstākļos līnijas impedanca ir augsta (spriegums >> strāva), turējot relēju neaktivu. Kad notiek defekts, strāva pieaug un spriegums samazinās, samazinot impedanci un aktivizējot relēju.

Darbības princips

Normālā darbībā sprieguma un strāvas attiecība (impedance) paliek virs relējas slieksnes. Defekta gadījumā (piemēram, F1 līnijā AB) impedanca samazinās zemāk par iestatījumu. Piemēram, ja relēja ir uzstādīta, lai aizsargātu līniju AB ar normālo impedanci Z, defekts samazina impedanci, paskaidrojot relēju, lai izraisītu šķērsnes izvietojumu. Ja defekts atrodas ārpus aizsargājamās zonas (piemēram, aiz AB), impedanca paliek augsta, un relēja paliek neaktīva.

Darbības īpašības

Relēja sastāv no diviem galvenajiem komponentiem:

• Strāvas darbības elements: Izveido torquu, kas proporcionāls strāvai.

• Sprieguma ierobežošanas elements: Izveido atgriezošo torquu, balstoties uz spriegumu. Torqua vienādojums ir:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 ir fāzes leņķis starp spriegumu un strāvu, un θ ir relējas maksimālais torqua leņķis. Impedancu diagrammā relējas darbības īpašība parādās kā aplis ar centru koordinātu sāknē un rādiusu, kas vienāds ar iestatīto impedanci. Šī apļa īpašība nodrošina jūtību gan impendancas lielumam, gan fāzei, ļaujot uzticami atšķirt defektus aizsargājamajā zonā no ārpuszonas defektiem.

-K3 attēlo relējas springu efektu. Normālā darbībā kopējais torqus = 0 ar V un I vērtībām.

Ja sprinģa kontrolējošais efekts tiek ignorēts, vienādojums kļūst par

Attēls parāda darbības īpašības ar spriegumu un strāvu; punktieša līnija norāda konstanto līnijas impedanci.

Šis attēls attēlo impedancu relējas darbības īpašību. Reģions virs rakstzīmes līnijas attēlo pozitīvo torqu, kad līnijas impedanca pārsniedz defektā cēliesošā posma impedanci, izraisot relējas darbību. Savukārt negatīvā torqua reģions (zem līnijas) norāda, ka defekta impedanca pārsniedz līnijas impedanci, turējot relēju neaktivu. Šis atšķirības veido precīzu defektu detektāciju, salīdzinot mērīto impedanci ar iepriekš noteikto slieksni, nodrošinot uzticamu aizsardzību enerģijas sistēmās.

Apļa rādiuss attēlo līnijas impedanci; X-R fāzes leņķis norāda vektoru pozīciju. Impedance < rādiuss = pozitīvs torqus (relēja darbojas); impedance > rādiuss = negatīvs torqus (relēja neaktīva). Šis vizuālais atšķirības veido enerģijas sistēmu ātru defektu detektāciju.

Šī relēja tiek klasificēta kā augstākas ātruma relēja.

Elektromagnētiskā indukcijas relēja

Šajā relējā torqu izriet no elektromagnētiskajiem interakcijām starp spriegumu un strāvu, kas tiek salīdzināti, lai nodrošinātu darbību. Tās shēmā solenoids B, kas pārvedams caur potenciāltreņķi (PT), izveido pagrieziena torqu, nolaižot plungeri P2. P2 plungera sprinis piemēro ierobežojošu spēku, radot pagrieziena mehānisko torqu.

Solenoids A, kuru uzglabā strāvas treņķis (CT), izveido pagrieziena torqu, kas nolaiž plungeri P1. Normālos apstākļos relējas kontakti paliek atvērti. Defekta gadījumā aizsargājamajā zonā sistēmas strāvas pieaugums palielina solenoida A torqu, samazinot solenoida B atgriezošo torqu. Šis nelīdzsvars rotā relējas līdzsvarošanas rokas, slēdz kontaktus, lai sāktu aizsardzību. Konstrukcija nodrošina ātru reakciju uz defektiem, salīdzinot elektromagnētiskos un mehāniskos spēkus.

Solenoida A (strāvas elements) izveidotais spēks ir proporcionāls I², savukārt solenoida B (sprieguma elements) izveidotais spēks ir proporcionāls V2. Tādējādi relēja aktivizējas, kad strāvas izrietējošais spēks pārsniedz sprieguma izrietējošo spēku.

Konstantes k1 un k2 atkarīgas no divu solenoidu amperturniem un instrumentu transformatoru attiecībām. Relējas iestatījumi var tikt pielāgoti, izmantojot ceļus uz spuldzenām.

Rakstzīmes līknei y ass norāda relējas darbības laiku, savukārt x ass attēlo impedanci. Notikšanā, relējas darbības laiks paliek nemainīgs (ko norāda momentāna darbība) impedancēm iepriekš noteiktajā aizsargājamajā zonā. Uz iepriekš noteikto attālumu (kas atbilst iestatītajai impedancē) sprieguma un strāvas vērtības stabilizējas; šīs vērtības pārsniedzot, mērītā impedanca teorētiski kļūst bezgalīga, nozīmējot, ka relēja paliek neaktīva defektu gadījumā ārpus tās aizsargājamās zonas. Šī lineārā attiecība starp impedanci un darbības laiku nodrošina uzticamu, ātru defektu detektāciju definētajā zonā.

Indukcijas tipa impedancu relēja

Zemāk redzamā shēma attēlo indukcijas tipa impedancu relējas shēmu. Šī relēja ietver gan strāvas, gan sprieguma elementus, izmantojot alūminija disku, kas rotē starp elektromagnetiem.

Augšējais elektromagnēts satur divus atsevišķus virvi: primārā virvi ir savienots ar strāvas transformatora (CT) sekundāro spuldzi, savukārt sekundārā virvi ir savienots ar potenciāltreņķi (PT). Primārās virves strāvas iestatījumu var pielāgot, izmantojot plugu mostu, kas atrodas zem relējas, ļaujot precīzi kalibrēt relējas jūtību. Sprieguma elements, ko enerģējošs PT, izveido magnētisko lauku, kas interagē ar strāvas izrietējošo lauku no CT.

Šī interakcija izraisa eddi strāvas alūminija diskā, radot torqu, kas palaista tā rotāciju. Normālos darbības apstākļos disks paliek nemainīgs dēļ līdzsvara torqu; defekta gadījumā strāvas pieaugums nelīdzsvaro torqu, izraisot diska rotāciju un relējas kontaktu izraisošanu. Šī dizaina nodrošina uzticamu impedancē balstītu defektu detektāciju enerģijas sistēmās.

Relējas elektromagnēti ir savienoti seriālā, ar tos izraisītajiem fluxiem, kas izveido rotācijas torqu, kas palaista alūminija diska. Pastāvīgais magnēts nodrošina gan kontrolējošo, gan bremzējošo torqu, lai stabilizētu diska kustību.

Normālos apstākļos armatūras spēks pārsniedz indukcijas elementa torqu, turējot šķērsnes kontaktus atvērtus. Kad sistēmā notiek defekts, caur elektromagnētiem strāva pieaug, izraisot alūminija diska rotāciju. Diska rotācijas ātrums ir tieši proporcionāls defekta strāvai, pārvadājot sprini, kamēr tas griežas. Šī rotācijas kustība postīgi pārvar ierobežojošo torqu no pastāvīgā magnēta.

Kad diska rotācija sasniedz kritisko slieksni (kas atbilst iestatītajai impedancē), šķērsnes kontakti slēdz, izraisojot aizsardzības reakciju. Šī dizaina nodrošina, ka relēja reaģē ātri uz defektiem, uzturējot stabilitāti normālos apstākļos, ar pastāvīgo magnētu, sniedzot būtisku kontrolējošo un bremzējošo spēku, lai novērstu nepareizu izraidīšanu.

Relējas diska rotācijas leņķis atkarīgs no armatūras spēka, kas tieši proporcionāls piemērotajam spriegumam. Tādējādi spriegums nosaka rotācijas leņķi.

Augstākas ātruma impedancu relējas laika rakstzīme

Attēls parāda, ka relēja paliek neaktīva vērtībām, kas pārsniedz 100% no uzņemšanas slieksnes. Līkne 1 attēlo faktisko darbības rakstzīmi, savukārt līkne 2 piedāvā vienkāršotu modeļu līknei 1. Šis dizains nodrošina ātru reakciju uz defektiem iepriekš noteiktajā diapazonā, uzturējot stabilitāti normālos apstākļos. Relējas augstāks ātrums ir būtisks, lai samazinātu bojājumus enerģijas sistēmās, ar vienkāršoto līkni, kas veicina vieglāku ieviešanu un analīzi aizsardzības relēju iestatījumos.

Vienkāršas impedancu relējas trūkumi

Šeit ir galvenie vienkāršas impedancu relējas trūkumi:

• Virziena diskriminācijas trūkums
  Relēja reaģē uz impedancu maiņu abās pusēs no strāvas transformatora (CT) un potenciāltreņķa (PT). Tas padara grūtu šķērsnes atšķirt iekšējos defektus (aizsargājamajā zonā) no ārējiem defektiem (ārpus zonas), varētu izraisīt nepieciešamos izraidīšanas vai defektu aizslēgšanas kavēšanos.

• Jūtība pret loka rezistenci
  Relējas darbība būtiski ietekmēta loka rezistenci defektu laikā. Loka rezistence ievada papildu impedanci, kas var maskēt patieso defekta impedanci un izraisīt, ka relēja vai nu nepietiekami reaģē (nepiedzīvo iekšējos defektus) vai pārmērīgi reaģē (nedroši izraidīt ārējos defektus).

• Vulnerabilitāte pret enerģijas svikstām
  Impedancu relējas ir ļoti jūtīgas pret enerģijas svikstām — periodiskiem sprieguma un strāvas svikstām, ko izraisa sistēmas traucējumi (piemēram, neparedzētas slodzes maiņas vai ģeneratora nestabilitāte). Enerģijas svikstas var imitēt defekta stāvokļus, mainot mērīto impedanci, izraisojot nepareizu izraidīšanu vai kavētu darbību.

• Nevirziena darbība
  Relēja izraidīt, kad mērītā impedanca samazinās zem iepriekš noteiktā slieksnes, neatkarīgi no defekta virziena. Tas nozīmē, ka tā nevar atšķirt priekšējos defektus (aizsargājamā līnijā) no aizmugurē esošiem defektiem (uz enerģijas avota puses), ierobežojot tās pielāgošanu sarežģītās, daudzavota enerģijas sistēmas.