Impedantietype afstandsrelais
Definitie en Principe van Impedantierelay (Afstandsrelay)
Een impedantierelay, ook bekend als afstandsrelay, is een stroomgecontroleerd beschermingsapparaat waarvan de werking afhankelijk is van de elektrische afstand (impedantie) tussen het foutpunt en de installatiepositie van het relay. Het functioneert door de impedantie van het defecte gedeelte te meten en deze te vergelijken met een vooraf ingestelde drempelwaarde.
Werkingsmechanisme
Werkingsprincipe
Bij normale werking blijft de verhouding spanning-stroom (impedantie) boven de drempelwaarde van het relay. Tijdens een fout (bijv. F1 op lijn AB) daalt de impedantie onder de ingestelde waarde. Bijvoorbeeld, als het relay geïnstalleerd is om lijn AB te beschermen met een normale impedantie Z, zorgt een fout voor een afname van de impedantie, waardoor het relay de breker triggert. Als de fout buiten de beschermd zone ligt (bijv. na AB), blijft de impedantie hoog en blijft het relay onactief.
Werkkarakteristieken
Het relay bestaat uit twee belangrijke componenten:
-K3 vertegenwoordigt het veer-effect van het relay. Bij normale werking is de netto-koppelkracht = 0 met V en I waarden.
Als het veer-controle-effect verwaarloosbaar wordt, wordt de vergelijking
De figuur toont werkingskarakteristieken met spanning en stroom; de gestreepte lijn geeft constante lijnimpedantie aan.
De onderstaande figuur illustreert de werkingskarakteristiek van het impedantierelay. Het gebied boven de karakteristieke lijn vertegenwoordigt positieve koppelkracht, waarbij de lijnimpedantie groter is dan die van het defecte gedeelte, wat de werking van het relay activeert. Daarentegen vertegenwoordigt het gebied met negatieve koppelkracht (onder de lijn) dat de foutimpedantie groter is dan de lijnimpedantie, waardoor het relay inactief blijft. Deze onderscheiding stelt nauwkeurige foutdetectie in staat door de gemeten impedantie te vergelijken met de vooraf ingestelde drempel, waarmee betrouwbare bescherming in energie-installaties wordt gewaarborgd.
De straal van de cirkel vertegenwoordigt de lijnimpedantie; de X-R fasehoek geeft de vectorpositie aan. Impedantie < straal = positieve koppelkracht (relay werkt); impedantie > straal = negatieve koppelkracht (relay inactief). Deze visuele onderscheiding zorgt voor snelle foutdetectie in energie-installaties.
Dit relay valt onder de categorie van hoge-snelheidsrelays.
Elektromagnetisch Inductie Relay
De koppelkracht in dit relay ontstaat door elektromagnetische interacties tussen spanning en stroom, die worden vergeleken voor de werking. In het circuit genereert Solenoïde B - voeding geleverd door een potentietransformator (PT) - een kloksgewijze koppelkracht, die Plunger P2 naar beneden trekt. Een veer op P2 past een remmende kracht toe, waardoor een kloksgewijze mechanische koppelkracht ontstaat.
Solenoïde A, geactiveerd door een stroomtransformator (CT), produceert een kloksgewijze afbuigende (pick-up) koppelkracht die Plunger P1 naar beneden beweegt. Onder normale omstandigheden blijven de relaycontacten open. Tijdens een fout in de beschermd zone neemt de systeemstroom toe, waardoor de koppelkracht van Solenoïde A toeneemt en de herstellende koppelkracht van Solenoïde B afneemt. Dit onevenwicht roteert de balansarmen van het relay, waardoor de contacten sluiten en de bescherming initieert. Het ontwerp zorgt voor een snelle respons op fouten via koppelvergelijking tussen elektromagnetische en mechanische krachten.
De kracht die wordt uitgeoefend door solenoïde A (het stromelement) is evenredig met , terwijl die van solenoïde B (het spannungselement) evenredig is met . Als gevolg hiervan zal het relay activeren wanneer de stroomafgeleide kracht de spanningsafgeleide kracht overtreft.
De constanten k1 en k2 hangen af van de ampère-wikkelingen van de twee solenoïden en de verhoudingen van de instrumenttransformatoren. De instellingen van het relay kunnen worden aangepast via tappings op de spoelen.
Op de karakteristieke kromme geeft de y-as de werkingsduur van het relay aan, terwijl de x-as de impedantie weergeeft. Merk op dat de werkingsduur van het relay constant blijft (wat directe actie aangeeft) voor impedanties binnen de vooraf ingestelde beschermingszone. Bij de vooraf bepaalde afstand (overeenkomstig de ingestelde impedantie) stabiliseren de spanning- en stroomwaarden; daarbuiten wordt de gemeten impedantie theoretisch oneindig, wat betekent dat het relay inactief blijft voor fouten buiten zijn beschermingsbereik. Deze lineaire relatie tussen impedantie en werkingsduur zorgt voor betrouwbare, snelle foutdetectie binnen de gedefinieerde zone.
Inductie Type Impedantierelay
Het schakelschema van een inductie-type impedantierelay is hieronder weergegeven. Dit relay omvat zowel stroom- als spannings-elementen, met een aluminium schijf die roteert tussen elektromagneten.
De bovenste elektromagneet bevat twee verschillende windingen: de primaire winding is verbonden met de secundaire spoel van een stroomtransformator (CT), terwijl de secundaire winding is gekoppeld aan een potentietransformator (PT). De stroominstelling van de primaire winding kan worden aangepast via een plugbrug geplaatst onder het relay, waardoor een precieze kalibratie van de gevoeligheid van het relay mogelijk is. Het spannings-element, gevoed door de PT, genereert een magnetisch veld dat interactie heeft met het stroomafgeleide veld van de CT.
Deze interactie induceert eddy-stromen in de aluminium schijf, waardoor een koppelkracht ontstaat die de rotatie drijft. Onder normale bedrijfsomstandigheden blijft de schijf stationair vanwege evenwichtige koppelkrachten; tijdens een fout veroorzaken de stroompiek de koppelkrachten te onbalanceren, waardoor de schijf roteert en de relaycontacten activeert. Dit ontwerp zorgt voor betrouwbare impedantie-gebaseerde foutdetectie in energie-installaties.
De elektromagneten in het relay zijn in serie verbonden, met hun geïnduceerde fluxen die een rotatiekoppelkracht genereren die de aluminium schijf drijft. Een permanente magneet biedt zowel controle- als remkoppelkracht om de beweging van de schijf te stabiliseren.
Onder normale bedrijfsomstandigheden overschrijdt de kracht op de armatuur de koppelkracht van het inductie-element, waardoor de tripcontacten open blijven. Wanneer er een systeemfout optreedt, neemt de stroom door de elektromagneten toe, waardoor de aluminium schijf roteert. De rotatiesnelheid van de schijf is recht evenredig met de foutstroom, waardoor een veer wordt opgewonden terwijl hij draait. Deze rotatiebeweging overwint geleidelijk de remkoppelkracht van de permanente magneet.
Zodra de rotatie van de schijf een kritische drempel bereikt (overeenkomstig de ingestelde impedantie), sluiten de tripcontacten, waardoor de beschermingsrespons wordt geïnitieerd. Dit ontwerp zorgt ervoor dat het relay snel reageert op fouten, terwijl het stabiel blijft tijdens normale bedrijfsomstandigheden, met de permanente magneet die essentiële controle uitoefent over de acceleratie en remming van de schijf om vals trippen te voorkomen.
De rotatiehoek van de schijf van het relay is afhankelijk van de armatuurkracht, die recht evenredig is met de aangebrachte spanning. Dus de spanning bepaalt de rotatiehoek.
Tijd-Karakteristiek van Hoge-Snelheids Impedantierelay
De figuur toont dat het relay inactief blijft voor waarden die 100% van de pick-updrempel overstijgen. Kromme 1 vertegenwoordigt de werkelijke operationele karakteristiek, terwijl Kromme 2 een vereenvoudigd model van Kromme 1 biedt. Dit ontwerp zorgt voor snelle respons op fouten binnen de ingestelde range, terwijl het stabiel blijft onder normale omstandigheden. De hoge-snelheidsoperatie van het relay is cruciaal voor het minimaliseren van schade in energie-installaties, met de vereenvoudigde kromme die eenvoudiger implementatie en analyse in beschermingsrelay-instellingen faciliteert.
Nadelen van Eenvoudig Impedantierelay
De volgende zijn de belangrijkste nadelen van impedantierelays:
