Vrsta upornosti Oddaljeno rele

Definicija in načelo impedančnega releja (razdaljnega releja)

Impedančni relej, tudi znani kot razdaljni relej, je zaščitno napravo, ki deluje pod nadzorom napetosti, katerih delovanje je odvisno od električne razdalje (impedance) med točko napake in položajem namestitve releja. Deluje z merjenjem impedance poskodovane četrtine in primerjanjem s prednastavljenim pragom.

Način delovanja

• Merjenje in primerjava: Relej neprekinjeno spremlja napetost v črti (preko preoblikovalnikov napetosti, PT) in tok (preko preoblikovalnikov toka, CT) za izračun impedance (Z = V/I).

• Odgovor na napako: Če merjena impedanca ni manjša od nastavitve releja (kar kaže na napako znotraj zaščitenega območja), aktivira ukaz za odskok prekidača. V normalnih pogojih je impedanca črte visoka (napetost >> tok), kar drži relej neaktiviran. Ko pride do napake, se tok poveča in napetost zmanjša, kar zmanjša impedanco in aktivira relej.

Operativni načel

V normalnem delovanju ostane omrežje napetosti in toka (impedanca) nad pragom releja. Ob napaki (na primer, F1 na črti AB) pa se impedanca zmanjša pod nastavitev. Na primer, če je relej nameščen za zaščito črte AB z normalno impedanco Z, napaka zmanjša impedanco, kar spodbuja relej, da odskoči prekidač. Če leži napaka zunaj zaščitenega območja (na primer, za AB), ostane impedanca visoka, in relej ostane neaktiviran.

Operativne značilnosti

Relej sestavlja dva ključna komponenta:

• Element za delovanje toka: Ustvari odbojni navor sorazmerno s tokom.

• Element za omejevanje napetosti: Ustvari vračilni navor na osnovi napetosti. Enačba ravnotežja navorov je:k₁I² −k₂VIcos(θ−ϕ)=0 je fazni kot med napetostjo in tokom, θ pa je maksimalni navor glede na kot relaja. Na diagramu impedance se operativna značilnost relaja prikaže kot krog, ki je središčen v izhodišču, z polmerom enakim nastavljene impedanci. Ta krožna značilnost zagotavlja občutljivost na velikost in fazo impedanc, kar omogoča zanesljivo ločevanje med napakami znotraj in zunaj zaščitenega območja.

-K3 predstavlja prujno učinko relaja. V normalnem delovanju je neto navor = 0 s vrednostmi V in I.

Če se prujni učinek zanemari, postane enačba

Slika prikazuje operativne značilnosti z napetostjo in tokom; črtkana črta označuje konstantno impedanco črte.

Spodnja slika prikazuje operativno značilnost impedančnega relaja. Območje nad karakteristično črto predstavlja pozitiven navor, kjer presega impedanca črte impedanco poskodovane četrtine, kar spodbuja delovanje relaja. Na drugi strani, negativno navorno območje (pod črto) kaže, da presega impedanca napake impedanco črte, kar drži relej neaktiviran. Ta razlika omogoča natančno zaznavanje napak z primerjanjem meritve impedance z prednastavljenim pragom, kar zagotavlja zanesljivo zaščito v električnih sistemih.

Polmer kroga predstavlja impedanco črte; X-R fazni kot označuje vektorsko lego. Impedanca < polmer = pozitiven navor (relej deluje); impedanca > polmer = negativen navor (relej neaktiviran). Ta vizualna razlika zagotavlja hitro zaznavanje napak v električnih sistemih.

Ta relej je klasificiran kot visoko hitroski relej.

Elektromagnetski indukcijski relej

Navor v tem releju izhaja iz elektromagnetnih interakcij med napetostjo in tokom, ki se primerjata za delovanje. V njegovem vezju Solenoid B&mdash;ali preoblikovalnik napetosti (PT)&mdash;ustvari navor v smeri urinega kazalca, ki potiska plunger P2 navzdol. Pruga na P2 uporablja omejevalno silo, ki ustvari navor v smeri urinega kazalca.

Solenoid A, ki ga sproži preoblikovalnik toka (CT), ustvari navor v smeri urinega kazalca (pick-up), ki premakne plunger P1 navzdol. V normalnih pogojih ostanejo stiki relaja odprti. Ob napaki v zaščitenem območju se sistemski tok poveča, kar poveča navor Solenoida A in zmanjša vračilni navor Solenoida B. Ta neravnovesje vrte roke ravnovesja relaja, zapirajo stike in začnejo zaščito. Ta dizajn zagotavlja hitro reakcijo na napake z primerjanjem navorov med elektromagnetnimi in mehanskimi silami.

Sila, ki jo izvaja solenoid A (element toka), je sorazmerna s I², medtem ko sila, ki jo izvaja solenoid B (element napetosti), je sorazmerna s V2. Torej bo relaj aktiviran, ko sila, izvirajoča iz toka, preseže silo, izvirajočo iz napetosti.

Konstanti k1 in k2 so odvisne od amper-vikljanj dveh solenoidov in razmerij instrumentnih preoblikovalnikov. Nastavitve relaja se lahko prilagajajo preko obmotov.

Na karakteristični krivulji y-os označuje delovni čas relaja, x-os pa impedanco. Opomba, delovni čas relaja ostane konstanten (kar kaže na trenutno dejanje) za impedanci znotraj prednastavljenega zaščitnega območja. Pri prednastavljeni razdalji (ki odgovarja nastavljenoj impedanci) se vrednosti napetosti in toka stabilizirata; za to točko teoretično postane meritvena impedanca neskončna, kar pomeni, da relaj ostane neaktiviran za napake zunaj svojega zaščitnega dosega. To linearno povezovanje med impedanco in delovnim časom zagotavlja zanesljivo in hitro zaznavanje napak znotraj določenega območja.

Indukcijski impedančni relej

Slika prikazuje vezje indukcijskega impedančnega relaja. Ta relaj vključuje elemente za tok in napetost, z aluminijastim diskom, ki se vrti med elektromagnetoma.

Gornji elektromagnet vsebuje dva različna obmoti: glavni obmot je povezan z sekundarnim obmotom preoblikovalnika toka (CT), medtem ko je sekundarni obmot povezan z preoblikovalnikom napetosti (PT). Nastavitev toka glavnega obmota se lahko prilagodi preko mosta, postavljenega pod relajem, kar omogoča natančno kalibracijo občutljivosti relaja. Element napetosti, energiziran s PT, ustvari magnetno polje, ki se navezuje s tokom, izvirajočim iz CT.

Ta interakcija inducira eddijske toke v aluminijastem disku, kar ustvari navor, ki ga vrti. V normalnem delovanju ostane disk statičen zaradi ravnotežja navorov; ob napaki se tok poveča, kar neravnovesi navora in vzroči vrtenje diska, sproži stike relaja. Ta dizajn zagotavlja zanesljivo zaznavanje napak na osnovi impedance v električnih sistemih.

Elektromagnet v relaju je povezan zaporedno, z njihovo inducirano fluksom, ki ustvarja vrtilni navor, ki vrti aluminijasti disk. Trajno magnetno telo zagotavlja obeh kontrolni in brezni navor, da stabilizira gibanje diska.

V normalnem delovanju presega sila na armaturi navor indukcijskega elementa, kar drži odskokne stiki odprte. Ko pride do napake v sistemu, se tok skozi elektromagnet poveča, kar povzroči vrtenje aluminijastega diska. Hitrost vrtenja diska je sorazmerna s tokom napake, ki se vije v pruge, medtem ko se vrti. To vrtenje postopoma premore omejevalni navor trajnega magnetnega telesa.

Ko vrtenje diska doseže kritično prag (ki odgovarja prednastavljeni impedanci), se odskokne stiki zapirajo, sprožijo zaščitni odziv. Ta dizajn zagotavlja, da relaj hitro reagira na napake, hkrati pa ohranja stabilnost v normalnem delovanju, s trajnim magnetnim telesom, ki zagotavlja ključno nadzor nad pospeškom in breznim diskom, da prepreči lažne odskoke.

Kot vrtenja diska relaja je odvisen od sile armature, ki je sorazmerna s podano napetostjo. Torej, napetost določa kot vrtenja.

Časovna karakteristika visoko hitroskega impedančnega relaja

Slika prikazuje, da relaj ostane neaktiviran za vrednosti, ki presegajo 100 % pragovnega praga. Krivulja 1 predstavlja dejansko operativno karakteristiko, medtem ko krivulja 2 ponuja poenostavljeno model krivulje 1. Ta dizajn zagotavlja hitro reakcijo na napake znotraj prednastavljenega območja, hkrati pa ohranja stabilnost v normalnih pogojih. Visoko hitrosko delovanje relaja je ključno za zmanjšanje škode v električnih sistemih, s poenostavljeno krivuljo, ki olajša implementacijo in analizo v nastavitvah zaščitnih relajev.

Nedostatki preprostega impedančnega relaja

Navedeni so ključni nedostatki impedančnih relajev:

• Pomanjkanje usmerjenosti
  Relej reagira na spremembe impedance na obeh straneh preoblikovalnika toka (CT) in preoblikovalnika napetosti (PT). To težko loči notranje napake (znotraj zaščitenega območja) in zunanje napake (zunaj območja), kar lahko vodi do nepotrebnih odskokov ali zamudnega izoliranja napak.

• Občutljivost na lokijsko uporno
  Delovanje relaja je močno vplivano na lokijsko uporno med napakami. Lukijska upornost vnesel dodatno impedanco, ki lahko maskira resnično impedanco napake in vodi do podcenjevanja (neuspešno odskok za notranje napake) ali pretiravanja (lažni odskok za zunanje napake).

• Razvrščenost na močne nihanja
  Impedančni relaji so zelo občutljivi na močna nihanja - periodična nihanja napetosti in toka, ki jih povzročijo motnje v sistemu (na primer, nenadni spremembi bremena ali nestabilnost generatorja). Močna nihanja lahko imitirajo pogoje napak s spreminjanjem meritve impedance, kar vodi do lažnih odskokov ali zamudnega delovanja.

• Nenapovedno delovanje
  Relej odskoči, kadar merjena impedanca pada pod prednastavljeni prag, ne glede na smer napake. To pomeni, da ne more ločiti med napakami v smeri naprej (znotraj zaščitenega črta) in nazaj (proti viru napetosti), kar omejuje njegovo uporabnost v kompleksnih, večvirskih električnih sistemih.