Percentage Differentiële Relais

Definitie: Een procentuele differentiële relais wordt gedefinieerd als een type relais dat functioneert op basis van het faseverschil van twee of meer vergelijkbare elektrische grootheden. Het vertegenwoordigt een geavanceerde vorm van differentiële beschermingsrelais. Het enige onderscheid met andere differentiële relais ligt in de aanwezigheid van een beperkingsspoel. Het procentuele differentiële relais bevat specifiek een beperkingsspoel om problemen te tackelen die voortkomen uit verschillen in stroomverhoudingen bij het afhandelen van externe kortsluitstroom van grote magnitude.

Het procentuele differentiële systeem heeft een beperkingsspoel verbonden in de pilotdraad, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. De stromen die in beide stroomtransformatoren (CT's) worden geïnduceerd, stromen door deze beperkingsspoel. Ondertussen is de werkspoel geplaatst op het middenpunt van de beperkingsspoel.

De beperkingsspoel reguleert het gevoelige karakteristiek van het relais. Het dient om te voorkomen dat de transformatie ongewenst trips als gevolg van onevenwichtige stromen. Bovendien vermindert de beperkingsspoel harmonischen die aanwezig zijn in de startstroom.

Werkingsprincipe van het Procentuele Differentiële Relais

Het koppel dat door de beperkingsspoel wordt opgewekt, werkt om de sluiting van het trip circuit te voorkomen, terwijl het koppel van de werkspoel probeert de contacten van het trip circuit te sluiten. Onder normale werkomstandigheden en tijdens doorgaande belastingsscenarios is het koppel dat door de beperkingsspoel wordt geproduceerd groter dan dat van de werkspoel. Hierdoor blijft het relais in een niet-operationele staat.

Bij het optreden van een interne fout overschrijdt het werkende koppel het beperkende koppel. Op dit moment sluiten de contacten van het trip circuit, waardoor de schakelaar wordt geopend. Het beperkende koppel kan worden aangepast door het aantal windingen van de beperkingsspoel te wijzigen.

Door de invloed van de beperkingsspoel is de differentiële stroom die nodig is voor de werking van dit relais een variabele hoeveelheid. De differentiële stroom in de werkspoel is evenredig met (I1 - I2). Aangezien de werkstroom is verbonden met het middenpunt van de beperkingsspoel, is de stroom in de beperkingsspoel evenredig met (I1 + I2)/2. Tijdens externe fouten nemen zowel I1 als I2 toe, wat leidt tot een toename van het beperkende koppel. Dit voorkomt effectief dat het relais foute acties onderneemt.

Werkkarakteristiek van het Procentuele Differentiële Relais

De werkkarakteristiek van het procentuele differentiële relais wordt weergegeven in de onderstaande figuur. De grafiek laat duidelijk zien dat de verhouding tussen de werkstroom en de beperkende stroom constant blijft. Dit type relais staat ook bekend als het gebiaseerde differentiële relais. De reden hiervoor is dat de beperkingsspoel vaak wordt aangeduid als een bias-spoel, omdat deze extra magnetische flux genereert, waardoor de werking van het relais wordt beïnvloed.

Types van Procentuele Differentiële Relais

Het procentuele differentiële relais wordt voornamelijk ingedeeld in twee types, namelijk:

• De toepassing van het procentuele differentiële relais in een drieterminalsysteem.

• Het inductieve gebiaseerde differentiële relais.

Deze relais worden gebruikt voor de bescherming van verschillende elektrische componenten zoals generatoren, transformatoren, voeders, overbrengingslijnen, enzovoort.

1. Toepassing in Drieterminalsysteem

Dit type procentuele differentiële relais kan worden gebruikt voor elektrische elementen met meer dan twee terminals. In een configuratie met drie terminals is elk terminal verbonden met een spoel met een gelijk aantal windingen. De koppels die door deze spolen worden opgewekt, werken onafhankelijk van elkaar en worden rekenkundig gecombineerd.

De procentuele hellingkarakteristiek van het relais varieert afhankelijk van de stroomverdeling tussen de beperkingsspolen. Deze relais zijn ontworpen om onmiddellijk of met hoge snelheid te werken, waardoor ze snel kunnen reageren op abnormale omstandigheden.

2. Inductieve Gebiaseerde Differentiële Relais

Het inductieve gebiaseerde differentiële relais heeft een gekoppelde schijf die beweegt in de luchtgaten van twee elektromagneten. Aan een deel van elke pool is een koperen ring bevestigd, en deze ring heeft de mogelijkheid om naar, in of weg van de pool te bewegen. Deze mechanische opstelling speelt een cruciale rol in de werking van het relais, waardoor het verschillen in elektrische grootheden kan detecteren en beschermende acties kan activeren wanneer nodig.

De schijf wordt blootgesteld aan twee verschillende koppels: één opgewekt door het werkende element en de ander door het beperkende element. Wanneer de afschaduwringen van beide elementen identiek zijn gepositioneerd, wordt het beperkende koppel dat op de ring werkt nul. Echter, wanneer de afschaduwring van het beperkende element dieper in het ijzeren kern wordt verschoven, overschrijdt het koppel dat door het beperkende element wordt uitgeoefend dat van het werkende koppel.