Reljuġ tal-Distanza ta' Tip Impedanza

Definizzjoni u Prinċipju tal-Relè ta’ Impedanza (Relè ta’ Distanza)

Ir-relè ta’ impedanza, anki maqsud bħala relè ta’ distanza, huwa dispożitiv protettiv kontrolat mill-voltiġġ, li jdependi minn id-distanza elettrika (impedanza) bejn il-punt tal-erġa’ u l-posizzjoni tal-installazzjoni tal-relè. Jfunzjona midba’ t-talbija tal-impedanza tal-sezzjoni defektuża u bi t-tqabbelha mal-limmit pre-settat.

Mekanizmu ta’ Lavoro

• Talbija u Tqabbel: Ir-relè jmonitorja kontinwament il-voltiġġ tal-linja (tramite transformatori potenzjali, PTs) u l-korrent (tramite transformatori kurrent, CTs) biex itqabbel l-impedanza (Z = V/I).

• Risposta għall-Erġa’: Jekk l-impedanza misurata tkun inferjuri għall-setting tal-relè (indikanti erġa’ fil-zona protetta), jiġi attivat ordni ta’ tripping għall-circuit breaker. Fl-kondizioni normali, l-impedanza tal-linja tkun ħafiża (voltiġġ >> kurrent), bil-relè mhux attiv. Meta jmiss erġa’, is-surġ tal-korrent u t-nidhal tal-voltiġġ jidherġu l-impedanza u jattivaw ir-relè.

Prinċipju Operattiv

Fl-operazzjoni normali, il-rapport voltiġġ/kurrent (impedanza) jibqa’ fuq il-limmit tal-relè. Waqt erġa’ (pereżempju, F1 fuq il-linja AB), l-impedanza tidherġu lil hinn il-setting. Pereżempju, jekk ir-relè hija installat biex tipproteġi l-linja AB bl-impedanza normali Z, l-erġa’ tdirġu l-impedanza, bil-relè jattiva l-tripping tal-breaker. Jekk l-erġa’ tinsab barra mill-zona protetta (pereżempju, barra mill-AB), l-impedanza tibqa’ ħafiża, u r-relè jibqa’ mhux attiv.

Karatteristiċi Operattivi

Ir-relè tiġi miftuħa minn żewġ komponenti ewlenin:

• Elen Elementar tal-Korrent: Jġenera torqu proporzjonali għall-korrent.

• Elen Restrittiv tal-Voltiġġ: Jproduċi torqu restitutiv bażat fuq il-voltiġġ. L-equazzjoni tal-bilancju tal-torqu hi:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 huwa l-anglu faza bejn il-voltiġġ u l-korrent, u θ huwa l-anglu massimu tal-torqu tal-relè. Fuq d-diagram tal-impedanza, il-karatteristika operattiva tal-relè tappar bħala ċirkuolu mutxniek fl-origin, b’radius egwal għall-impedanza settata. Din il-karatteristika ċirkuolare tgarantixxi sensibilità għal ampiezza u faz tal-impedanza, bl-għad tal-diskriminazzjoni bejn erġa’ interni u esterni.

-K3 jirrapresenta l-effett tal-molla tal-relè. Fl-operazzjoni normali, it-torqu netta = 0 mal-valuri V u I.

Jekk l-effett tal-kontroll tal-molla jiġi neglettit, l-equazzjoni ssir

Id-diagram juri l-karatteristiki operattivi mal-voltiġġ u l-korrent; il-linja taz-zagħla tindika l-impedanza kostanti tal-linja.

Id-diagram hawn taħt juri l-karatteristika operattiva tal-relè ta’ impedanza. Il-regioni fuq il-linja karatteristika tirrapresenta t-torqu pożittiv, meta l-impedanza tal-linja supera d-difettu, bil-relè joperagħ. Konversament, il-regioni negativ (taħt il-linja) tirrapresenta l-impedanza tal-erġa’ supera l-impedanza tal-linja, bil-relè mhux attiv. Dan id-distingwiment jgħin fil-diskriminazzjoni preċiża tal-erġa’ midba’ t-talbija tal-impedanza mal-limmit pre-settat, bl-għad tal-protezzjoni fidili fis-sistemi tal-enerġija.

Il-radius tal-ċirkuolu jirrapresenta l-impedanza tal-linja; l-anglu X-R jindika l-pożizzjoni vetturjali. Impedanza < radius = torqu pożittiv (relè joperagħ); impedanza > radius = torqu negativ (relè mhux attiv). Din id-distinkzjoni vizwal tgħin fil-diskriminazzjoni veloċi tal-erġa’ fis-sistemi tal-enerġija.

Dan ir-relè hija kategorizzat bħala relè ta’ veloċità għoli.

Relè ta’ Indukzzjoni Elettromagnetika

It-torqu fi dan ir-relè jmiss mill-interazzjonijiet elettromagnetiki bejn il-voltiġġ u l-korrent, li jintqabblu għal operazzjoni. Fil-kartell, Solenoid B – imqassam minn transformatur potenzjali (PT) – jġenera torqu senstu, jispalla ploġger P2 lejn taħt. Molla fuq P2 tippla forza restitutiva, tikkrea torqu mekaniku senstu.

Solenoid A, emittut minn transformatur kurrent (CT), jipprodus torqu senstu deflettiv (pick-up) li spallap ploġger P1 lejn taħt. Fl-kondizioni normali, ikontatti tal-relè qegħdin mimfutx. Waqt erġa’ fil-zona protetta, is-surġ tal-korrent tas-sistema jziżdakkar it-torqu ta’ Solenoid A waqt li jidherġu it-torqu restitutiv ta’ Solenoid B. Dan il-bilancju jrotas l-arms tal-bilancju tal-relè, ifuttax il-kontatti biex jibda l-protezzjoni. Id-disinn jagħti rispons veloċi għal erġa’ midba’ t-tqabbel tal-torqu bejn forzi elettromagnetiki u mekanika.

Il-forza applicata minn solenoid A (l-element kurrent) hi proporzjonali għal I², mentri din minn solenoid B (l-element volt) hi proporzjonali għal V2. Bil-result, ir-relè se tattiva meta l-forza derivata mill-korrent issaqqafsa l-forza derivata mill-voltiġġ.

Il-kostanti k1 u k2 jiddipendu mill-ampere-turns tat-tnejn solenoids u mill-ratji tal-transformaturi strumentali. Il-settings tal-relè jistgħu jiġu modifikati tramite tappings fuq il-coils.

Fuq il-kurva karatteristika, l-asse y tirrapresenta l-temps operattiv tal-relè, mentri l-asse x tirrapresenta l-impedanza. Notabilment, it-temps operattiv tal-relè jibqa’ kostanti (indikanti azzjoni instanta) għal impedanzi fil-zone protezzjonali settata. Fl-distanza predefinita (korrispondenti għall-impedanza settata), il-valuri tal-voltiġġ u tal-korrent jistabilizzaw; barra minn dawn, l-impedanza misurata teoretikament tissolvi l-infinit, li ma nifihex ir-relè jibqa’ mhux attiv għal erġa’ barra mill-scopu protettiv. Din il-ralazzjoni linjari bejn l-impedanza u t-temps operattiv tagħtigħa diskriminazzjoni fidila u veloċi tal-erġa’ fil-zone definita.

Relè ta’ Impedanza ta’ Tip Indukttiv

Id-diagram tal-kartell ta’ relè ta’ impedanza induktiv huwa illustret hawn taħt. Dan ir-relè inkorpora elementi ta’ kurrent u volt, bl-involgiment ta’ disk tal-alluminiu li jrotas bejn elettromagneti.

Il-parti ta’ fuq tal-elettromagnet għandha żewġ avvolgimenti differenti: l-avvolgiment primar huwa magħmul mal-kartell sekondarju ta’ transformatur kurrent (CT), mentri l-avvolgiment sekondar huwa magħmul mal-transformatur potenzjali (PT). Il-setting tal-kurrent tal-avvolgiment primar jista’ jiġi modifikat tramite pont plug posta taħt ir-relè, allowjando l-kalibratura preċiża tas-sensibilità tal-relè. L-element volt, emittut minn PT, jipprodus camp magnetiku li jinteragixxi mal-kamp derivat mill-CT.

Dan l-interazzjoni jindika correnti eddy fid-disk tal-alluminiu, jipprodusa torqu li jidirġu rotazzjoni. Fl-operazzjoni normale, id-disk jibqa’ statwar għall-bilancju tal-torqu; waqt erġa’, is-surġ tal-korrent jdisbilanca l-torqu, jidirġu rotazzjoni fid-disk u jattiva ikontatti tal-relè. Dan id-disinn jgarantixxi detezzjoni fidila tal-erġa’ bsistema tal-enerġija.

L-elettromagneti fir-relè huma magħmula serjal, kun il-fluss induttiv jipprodusa torqu rotatorju li jidirġu rotazzjoni fid-disk tal-alluminiu. Magnet permanent ipprovdi torqu kontrolant u frenant biex istabilizza l-moviment tad-disk.

Fl-operazzjoni normale, il-forza sull'armatura supera il-torqu mill-element induktiv, keep the trip contacts open. When a system fault occurs, the current through the electromagnets surges, causing the aluminium disc to rotate. The disc's rotational speed is directly proportional to the fault current, winding a spring as it turns. This rotational motion gradually overcomes the restraining torque from the permanent magnet.

Once the disc's rotation reaches a critical threshold (corresponding to the preset impedance), the trip contacts close, initiating the protective response. This design ensures that the relay reacts swiftly to faults while maintaining stability during normal operation, with the permanent magnet providing essential control over the disc's acceleration and braking to prevent false tripping.

The rotation angle of the relay's disc relies on the armature force, which is directly proportional to the applied voltage. Hence, voltage dictates the rotation angle.

Time-Characteristic of High-Speed Impedance Relay

The figure depicts that the relay remains inactive for values exceeding 100% of the pickup threshold. Curve 1 represents the actual operational characteristic, while Curve 2 offers a simplified model of Curve 1. This design ensures rapid response to faults within the preset range while maintaining stability under normal conditions. The relay's high-speed operation is critical for minimizing damage in power systems, with the simplified curve facilitating easier implementation and analysis in protective relay settings.

Drawbacks of Plain Impedance Relay

The following are the key disadvantages of impedance relays:

• Lack of Directional Discrimination
  The relay responds to impedance changes on both sides of the current transformer (CT) and potential transformer (PT). This makes it difficult for circuit breakers to distinguish between internal faults (within the protected zone) and external faults (outside the zone), potentially leading to unnecessary tripping or delayed isolation of faults.

• Sensitivity to Arc Resistance
  The relay’s operation is significantly influenced by arc resistance during faults. Arc resistance introduces additional impedance, which can mask the true fault impedance and cause the relay to either under-react (fail to trip for internal faults) or over-react (falsely trip for external faults).

• Vulnerability to Power Swings
  Impedance relays are highly sensitive to power swings—periodic oscillations in voltage and current caused by system disturbances (e.g., sudden load changes or generator instability). Power swings can mimic fault conditions by altering the measured impedance, leading to false tripping or delayed operation.

• Non-Directional Operation
  The relay trips whenever the measured impedance falls below the preset threshold, regardless of the fault direction. This means it cannot differentiate between forward faults (within the protected line) and backward faults (toward the power source), limiting its applicability in complex, multi-source power systems.