Relai Jarak Jenis Impedansi

Definisi dan Prinsip Ralai Impedans (Ralai Jarak)

Ralai impedans, juga dikenali sebagai ralai jarak, adalah peranti perlindungan yang dikawal oleh voltan yang operasinya bergantung pada jarak elektrik (impedans) antara titik rosak dan kedudukan pemasangan ralai. Ia berfungsi dengan mengukur impedans bahagian yang rosak dan membandingkannya dengan ambang praset.

Mekanisme Kerja

• Pengukuran dan Perbandingan: Ralai terus-menerus memantau voltan laluan (melalui transformer potensial, PTs) dan arus (melalui transformer arus, CTs) untuk mengira impedans (Z = V/I).

• Tindak Balas Terhadap Rosak: Jika impedans yang diukur lebih rendah daripada tetapan ralai (menunjukkan rosak dalam zon dilindungi), ia akan memicu perintah trip kepada pemutus litar. Di bawah keadaan normal, impedans laluan tinggi (voltan >> arus), menjaga ralai tidak aktif. Apabila rosak berlaku, arus melonjak dan voltan turun, mengurangkan impedans dan mengaktifkan ralai.

Prinsip Operasi

Dalam operasi normal, nisbah voltan-arus (impedans) kekal di atas ambang ralai. Semasa rosak (contohnya, F1 pada laluan AB), impedans turun di bawah tetapan. Sebagai contoh, jika ralai dipasang untuk melindungi laluan AB dengan impedans normal Z, rosak mengurangkan impedans, mendorong ralai untuk menrip pemutus litar. Jika rosak berada di luar zon dilindungi (contohnya, di luar AB), impedans kekal tinggi, dan ralai kekal tidak aktif.

Ciri-ciri Operasi

Ralai terdiri daripada dua komponen utama:

• Elemen Operasi Arus: Menghasilkan torka defleksi yang berkadar dengan arus.

• Elemen Pemulihan Voltan: Menghasilkan torka pemulihan berdasarkan voltan. Persamaan keseimbangan torka adalah:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 adalah sudut fasa antara voltan dan arus, dan θ adalah sudut torka maksimum ralai. Pada diagram impedans, ciri operasi ralai muncul sebagai bulatan yang berpusat pada asalan, dengan jejari sama dengan impedans tetapan. Ciri bulat ini memastikan sensitiviti terhadap magnitud dan fasa impedans, membolehkan diskriminasi yang boleh dipercayai antara rosak dalam zon dan di luar zon.

-K3 mewakili kesan spring ralai. Dalam operasi normal, torka bersih = 0 dengan nilai V dan I.

Jika kesan kawalan spring diabaikan, persamaan menjadi

Gambar menunjukkan ciri-ciri operasi dengan voltan dan arus; garis putus-putus menandakan impedans laluan konstan.

Gambar di bawah menggambarkan ciri operasi ralai impedans. Wilayah di atas garis ciri mewakili torka positif, di mana impedans laluan melebihi bahagian yang rosak, memicu operasi ralai. Sebaliknya, wilayah torka negatif (di bawah garis) menunjukkan impedans rosak melebihi impedans laluan, menjaga ralai tidak aktif. Perbezaan ini membolehkan pengesanan rosak yang tepat dengan membandingkan impedans yang diukur terhadap ambang praset, memastikan perlindungan yang boleh dipercayai dalam sistem kuasa.

Jejari bulatan mewakili impedans laluan; sudut fasa X-R menunjukkan kedudukan vektor. Impedans < jejari = torka positif (ralai beroperasi); impedans > jejari = torka negatif (ralai tidak aktif). Perbezaan visual ini memastikan pengesanan rosak yang cepat dalam sistem kuasa.

Ralai ini dikategorikan sebagai ralai berkelajuan tinggi.

Ralai Induksi Elektromagnetik

Torka dalam ralai ini timbul dari interaksi elektromagnetik antara voltan dan arus, yang dibandingkan untuk operasi. Dalam rangkaian, Solenoid B&mdash;dikuasakan oleh transformer potensial (PT)&mdash;menghasilkan torka searah jarum jam, menarik plunger P2 ke bawah. Spring pada P2 memberikan daya penahan, mencipta torka mekanikal searah jarum jam.

Solenoid A, diterangkan oleh transformer arus (CT), menghasilkan torka defleksi searah jarum jam (pick-up) yang memindahkan plunger P1 ke bawah. Dalam keadaan normal, kontak ralai kekal terbuka. Semasa rosak dalam zon perlindungan, lonjakan arus sistem meningkatkan torka Solenoid A sambil mengurangkan torka pemulihan Solenoid B. Ketidakseimbangan ini merotasi lengkung keseimbangan ralai, menutup kontak untuk memulakan perlindungan. Reka bentuk memastikan respons cepat terhadap rosak melalui perbandingan torka antara daya elektromagnetik dan mekanikal.

Daya yang diberikan oleh solenoid A (elemen arus) berkadar dengan I², manakala yang dari solenoid B (elemen voltan) berkadar dengan V2. Oleh itu, ralai akan aktif apabila daya yang diturunkan dari arus melebihi daya yang diturunkan dari voltan.

Konstanta k1 dan k2 bergantung pada ampere-turns dua solenoid dan nisbah transformer instrumen. Tetapan ralai boleh disesuaikan melalui tappings pada coil.

Pada kurva ciri, paksi y menandakan masa operasi ralai, sementara paksi x mewakili impedans. Nota penting, masa operasi ralai kekal malar (menunjukkan tindakan segera) untuk impedans dalam zon perlindungan yang ditetapkan. Pada jarak yang ditetapkan (bersesuaian dengan impedans tetapan), nilai voltan dan arus stabil; di luar titik ini, impedans yang diukur secara teori menjadi tak terhingga, bermaksud ralai kekal tidak aktif untuk rosak di luar lingkup perlindungan. Hubungan linear antara impedans dan masa operasi memastikan pengesanan rosak yang boleh dipercayai dan cepat dalam zon yang ditentukan.

Ralai Impedans Jenis Induksi

Rangkaian diagram ralai impedans jenis induksi diperlihatkan di bawah. Ralai ini termasuk elemen arus dan voltan, menampilkan cakera aluminium yang berputar antara electromagnet.

Electromagnet atas mengandungi dua pembungkus yang berbeza: pembungkus utama disambungkan ke coil sekunder transformer arus (CT), manakala pembungkus sekunder disambungkan ke transformer potensial (PT). Penetapan arus pembungkus utama boleh disesuaikan melalui jambatan plug yang diletakkan di bawah ralai, membolehkan kalibrasi yang tepat sensitiviti ralai. Elemen voltan, dikuasakan oleh PT, menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan medan yang diturunkan dari CT.

Interaksi ini menginduksi arus eddy dalam cakera aluminium, menghasilkan torka yang menggerakkan putaran. Dalam operasi normal, cakera kekal statik kerana torka yang seimbang; semasa rosak, lonjakan arus mengganggu keseimbangan torka, menyebabkan cakera berputar dan memicu kontak ralai. Reka bentuk ini memastikan pengesanan rosak berdasarkan impedans yang boleh dipercayai dalam sistem kuasa.

Electromagnet dalam ralai disambungkan secara siri, dengan flux yang diinduksi menghasilkan torka rotasi yang menggerakkan cakera aluminium. Magnet kekal memberikan torka kawalan dan brek untuk menstabilkan gerakan cakera.

Dalam operasi normal, daya pada armatur melebihi torka dari elemen induksi, menjaga kontak trip terbuka. Apabila rosak sistem berlaku, arus melalui electromagnet melonjak, menyebabkan cakera aluminium berputar. Kelajuan putaran cakera berkadar langsung dengan arus rosak, menggulung spring semasa berputar. Gerakan putaran ini secara beransur-ansur mengatasi torka penahan dari magnet kekal.

Apabila putaran cakera mencapai ambang kritikal (bersesuaian dengan impedans tetapan), kontak trip tertutup, memulakan tindak balas perlindungan. Reka bentuk ini memastikan ralai bertindak balas dengan cepat terhadap rosak sambil mengekalkan kestabilan dalam operasi normal, dengan magnet kekal memberikan kawalan penting terhadap perkembangan dan brek cakera untuk mencegah tripping palsu.

Sudut putaran cakera ralai bergantung pada daya armatur, yang berkadar langsung dengan voltan yang dikenakan. Oleh itu, voltan menentukan sudut putaran.

Ciri Waktu Ralai Impedans Berkelajuan Tinggi

Gambar menunjukkan ralai kekal tidak aktif untuk nilai yang melebihi 100% ambang pickup. Kurva 1 mewakili ciri operasi sebenar, manakala Kurva 2 menawarkan model ringkas Kurva 1. Reka bentuk ini memastikan tindak balas cepat terhadap rosak dalam julat yang ditetapkan sambil mengekalkan kestabilan dalam keadaan normal. Operasi berkelajuan tinggi ralai sangat penting untuk mengurangkan kerosakan dalam sistem kuasa, dengan kurva ringkas memudahkan pelaksanaan dan analisis dalam tetapan ralai perlindungan.

Kelemahan Ralai Impedans Biasa

Berikut adalah kelemahan utama ralai impedans:

• Kekurangan Diskriminasi Arah
  Ralai bertindak balas terhadap perubahan impedans di kedua-dua sisi transformer arus (CT) dan transformer potensial (PT). Ini membuat sukar bagi pemutus litar untuk membezakan antara rosak dalaman (dalam zon dilindungi) dan rosak luar (di luar zon), yang boleh menyebabkan tripping yang tidak perlu atau penundaan isolasi rosak.

• Sensitiviti terhadap Rintangan Busur
  Operasi ralai sangat dipengaruhi oleh rintangan busur semasa rosak. Rintangan busur memperkenalkan impedans tambahan, yang boleh menyembunyikan impedans rosak sebenar dan menyebabkan ralai gagal bertindak (gagal trip untuk rosak dalaman) atau over-react (trip palsu untuk rosak luar).

• Kerentanan terhadap Ayunan Kuasa
  Ralai impedans sangat sensitif terhadap ayunan kuasa&mdash;osilasi berkala dalam voltan dan arus yang disebabkan oleh gangguan sistem (contohnya, perubahan beban mendadak atau ketidakstabilan generator). Ayunan kuasa dapat meniru keadaan rosak dengan mengubah impedans yang diukur, menyebabkan tripping palsu atau penundaan operasi.

• Operasi Tidak Berarah
  Ralai trip setiap kali impedans yang diukur turun di bawah ambang tetapan, tanpa mengira arah rosak. Ini bermaksud ia tidak dapat membezakan antara rosak maju (dalam laluan yang dilindungi) dan rosak mundur (ke arah sumber kuasa), membatasi kegunaannya dalam sistem kuasa kompleks, multi-sumber.