Prozentuale Differenzrelais
Definition: Ein prozentualer Differenzrelais wird als ein Relais definiert, das auf der Phasendifferenz von zwei oder mehr ähnlichen elektrischen Größen basiert. Es stellt eine fortschrittliche Form des Differenzschutzrelais dar. Der einzige Unterschied zwischen ihm und anderen Differenzrelais besteht in der Anwesenheit einer Hemmwicklung. Das prozentuale Differenzrelais verfügt über eine Hemmwicklung, um Probleme aufgrund von Ungleichheiten im Stromverhältnis bei externen Kurzschlussströmen hoher Stärke zu adressieren.
Das prozentuale Differenzsystem verfügt über eine Hemmwicklung, die innerhalb des Pilotendrahts verbunden ist, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Ströme, die in beiden Stromtransformatoren (CTs) induziert werden, fließen durch diese Hemmwicklung. Gleichzeitig ist die Arbeitswicklung an der Mitte der Hemmwicklung positioniert.
Die Hemmwicklung regelt das empfindliche Verhalten des Relais. Sie verhindert, dass der Transformator ungewollt aufgrund ungleicher Ströme ausfällt. Darüber hinaus mindert die Hemmwicklung die Harmonischen im Einschaltstrom.
Funktionsprinzip des prozentualen Differenzrelais
Der Drehmoment, das durch die Hemmwicklung erzeugt wird, wirkt gegen das Schließen des Auslösekreises, während das Drehmoment der Arbeitswicklung versucht, die Kontakte des Auslösekreises zu schließen. Unter normalen Betriebsbedingungen und bei Durchgangslasten überschreitet das Drehmoment der Hemmwicklung das der Arbeitswicklung. Folglich bleibt das Relais in einem nicht arbeitenden Zustand.
Bei einem internen Fehler übersteigt das Arbeitsdrehmoment das Hemmdrehmoment. In diesem Moment schließen die Kontakte des Auslösekreises und öffnen den Schaltkreis. Das Hemmdrehmoment kann durch Ändern der Windungszahl der Hemmwicklung angepasst werden.
Aufgrund des Einflusses der Hemmwicklung ist der Differenzstrom, der für den Betrieb dieses Relais erforderlich ist, eine variable Größe. Der Differenzstrom in der Arbeitswicklung ist proportional zu (I1 - I2). Da der Arbeitsstrom an der Mitte der Hemmwicklung angeschlossen ist, ist der Strom in der Hemmwicklung proportional zu (I1 + I2)/2. Bei externen Fehlern steigen sowohl I1 als auch I2, was zu einer Zunahme des Hemmdrehmoments führt. Dies verhindert effektiv, dass das Relais fehlfunktioniert.
Arbeitscharakteristik des prozentualen Differenzrelais
Die Arbeitscharakteristik des prozentualen Differenzrelais wird in der folgenden Abbildung dargestellt. Das Diagramm zeigt deutlich, dass das Verhältnis des Arbeitsstroms zum Hemmstrom bei einem festen Prozentsatz bleibt. Dieses Relais wird auch als voreingenommenes Differenzrelais bezeichnet. Der Grund dafür ist, dass die Hemmwicklung oft als Voreinstellwicklung bezeichnet wird, da sie zusätzlichen magnetischen Fluss erzeugt, der den Betrieb des Relais beeinflusst.
Arten des prozentualen Differenzrelais
Das prozentuale Differenzrelais wird hauptsächlich in zwei Arten unterteilt, nämlich:
Diese Relais werden zur Schutz von verschiedenen elektrischen Komponenten wie Generatoren, Transformatoren, Leitern, Übertragungsleitungen und so weiter eingesetzt.
1. Anwendung in einem Dreianlagen-System
Diese Art von prozentuelen Differenzrelais kann für elektrische Elemente mit mehr als zwei Anschlüssen verwendet werden. In einer Dreianlagen-Konfiguration ist jeder Anschluss mit einer Wicklung mit gleicher Anzahl von Windungen verbunden. Die von diesen Wicklungen erzeugten Drehmomente wirken unabhängig voneinander und werden arithmetisch kombiniert.
Die prozentuale Steigungscharakteristik des Relais variiert je nach Stromverteilung zwischen den Hemmwicklungen. Diese Relais sind so konzipiert, dass sie sofort oder mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, um rasch auf Abnormitäten reagieren zu können.
2. Induktives voreingenommenes Differenzrelais
Das induktive voreingenommene Differenzrelais verfügt über eine gekippte Scheibe, die sich in den Luftspalten zweier Elektromagnete bewegt. An einem Teil jedes Pols ist ein Kupferring angebracht, der die Fähigkeit hat, sich dem Pol entgegen, in ihn hinein oder von ihm wegzubewegen. Diese mechanische Anordnung spielt eine entscheidende Rolle beim Betrieb des Relais, indem es Unterschiede in elektrischen Größen erkennen und gegebenenfalls schützende Maßnahmen auslösen kann.
Die Scheibe unterliegt zwei unterschiedlichen Drehmomenten: eines, das vom Arbeitsglied erzeugt wird, und das andere, das vom Hemmglied erzeugt wird. Wenn die Schattierungsringe beider Elemente identisch positioniert sind, beträgt das Hemmdrehmoment, das auf den Ring wirkt, null. Wenn jedoch der Schattierungskreis des Hemmglieds tiefer in den Eisenkern verschoben wird, übersteigt das Drehmoment, das vom Hemmglied ausgeübt wird, das der Arbeitskraft.
