Védőrelé - Protective relay
| Része egy sor on |
| Energetika |
|---|
| Elektromos áram átalakítása |
| Villamosenergia -infrastruktúra |
| Villamos energiaellátó rendszerek alkatrészei |
Az elektrotechnikában a védőrelé olyan reléeszköz, amelyet arra terveztek, hogy megszakítsa a megszakítót hiba észlelésekor. Az első védőrelék elektromágneses eszközök voltak, amelyek a mozgó alkatrészeken működő tekercsekre támaszkodva érzékelték a rendellenes működési körülményeket, például a túláramot, a túlfeszültséget , a fordított teljesítményáramot , a túlfrekvenciát és az alacsony frekvenciát.
A mikroprocesszoros digitális védőrelék most az eredeti eszközöket emulálják, valamint olyan védelmet és felügyeletet biztosítanak, amelyek az elektromechanikus reléknél nem praktikusak. Az elektromechanikus relék csak kezdetben jelzik a hiba helyét és eredetét. Sok esetben egyetlen mikroprocesszoros relé olyan funkciókat biztosít, amelyek két vagy több elektromechanikus eszközt igényelnek. Ha több funkciót kombinál egy esetben, akkor a numerikus relék a tőke- és karbantartási költségeket is megtakarítják az elektromechanikus relékhez képest. Nagyon hosszú élettartamuk miatt azonban ezek a "csendes őrszemek" tízezrei továbbra is védik az átviteli vezetékeket és az elektromos készülékeket szerte a világon. A fontos távvezetékek és generátorok védelmi szekrényekkel rendelkeznek, sok egyedi elektromechanikus eszközzel vagy egy vagy két mikroprocesszoros relével.
Ezeknek a védőeszközöknek az elmélete és alkalmazása fontos része az energiaellátó rendszerek védelmére szakosodott villamosmérnök oktatásának . Az áramkörök és a berendezések védelme érdekében a gyors cselekvés szükségessége gyakran megköveteli, hogy a védőrelék reagáljanak és megszakítsák a megszakítót néhány ezredmásodpercen belül. Bizonyos esetekben ezeket az engedélyezési időket jogszabályok vagy üzemeltetési szabályok írják elő. A védelmi rendszerek teljesítményének és rendelkezésre állásának meghatározásához karbantartási vagy tesztelési programot használnak.
A végső alkalmazás és az alkalmazandó jogszabályok alapján különböző szabványok, például az ANSI C37.90, IEC255-4, IEC60255-3 és IAC szabályozzák a relé válaszidejét az esetlegesen fellépő hibaállapotokra.
Működési elvek
Elektromechanikus védőrelék működnek bármelyik mágneses vonzás , vagy mágneses indukció . Ellentétben a kapcsoló típusú elektromechanikus relékkel, amelyek rögzített és általában rosszul meghatározott üzemi feszültségküszöbökkel és működési időkkel rendelkeznek, a védőrelék jól megalapozott, választható és állítható idő- és áramerősségű (vagy más működési paraméterek) működési jellemzőkkel rendelkeznek. A védelmi relék indukciós tárcsákat, árnyékolt pólusú, mágneses, működtető és visszatartó tekercseket, mágnesszelep típusú kezelőket, telefon-relé érintkezőket és fázisváltó hálózatokat használhatnak.
A védőrelék az általuk végzett mérés típusa szerint is osztályozhatók. A védőrelé reagálhat olyan mennyiség nagyságára, mint például feszültség vagy áram. Az indukciós relék két térfogat tekercsében két mennyiség szorzatára reagálhatnak, amelyek például az áramkör teljesítményét jelenthetik.
"Nem praktikus olyan relét készíteni, amely két AC mennyiség hányadosával megegyező nyomatékot fejleszt. Ez azonban nem fontos; a relé egyetlen lényeges feltétele a beállítása, és a beállítás megfelelhet az aránynak függetlenül az összetevők széles tartományon belüli értékeitől. "
Számos működő tekercs használható a relé "torzításának" biztosítására, lehetővé téve az egyik áramkör válaszérzékenységét a másik által. A relében különféle "működési nyomaték" és "visszatartó nyomaték" kombinációk állíthatók elő.
Ha állandó mágnest használnak a mágneses áramkörben , akkor relét lehet készíteni, hogy az egyik irányba eltérő módon reagáljon az áramra, mint a másikban. Az ilyen polarizált reléket egyenáramú áramkörökön használják például a generátorba fordított áram érzékelésére. Ezek a relék bistabilissá tehetők, tartva az érintkezőt tekercsáram nélkül, és fordított áramot kell visszaállítani. A váltakozó áramú áramkörök esetében az elv egy referenciafeszültség -forráshoz csatlakoztatott polarizáló tekercseléssel bővül.
A könnyű érintkezők érzékeny reléket hoznak létre, amelyek gyorsan működnek, de a kicsi érintkezők nem tudják továbbítani vagy megszakítani az erős áramokat. Gyakran a mérőrelé kiegészítő telefon típusú armatúra reléket vált ki.
Az elektromechanikus relék nagy telepítése esetén nehéz lenne meghatározni, hogy melyik eszköz adta az áramkört kioldó jelet. Ez az információ hasznos a kezelő személyzet számára, hogy megállapítsa a hiba valószínű okát és megakadályozza annak újbóli előfordulását. A relék felszerelhetők egy "cél" vagy "zászló" egységgel, amelyet a relé működésekor elengednek, hogy megkülönböztető színű jelet jelenítsenek meg, amikor a relé kioldott.
Típusok építés szerint
Elektromechanikus
Az elektromechanikus relék többféle típusba sorolhatók az alábbiak szerint:
|
|
|
Az "Armatúra" típusú reléknek egy forgó karja van egy csuklópánton vagy késélű csuklón, amely mozgó érintkezőt hordoz. Ezek a relék váltakozó vagy egyenáramúak is, de váltakozó áram esetén a póluson lévő árnyékoló tekercset használják az érintkezőerő fenntartására a váltakozó áram ciklus során. Mivel a rögzített tekercs és a mozgó armatúra közötti légrés sokkal kisebb lesz, amikor a relé működik, a relé zárt állapotának fenntartásához szükséges áram sokkal kisebb, mint az első működtetéshez szükséges áram. A "visszatérési arány" vagy a "differenciál" annak a mértéke, hogy mennyit kell csökkenteni az áramot a relé visszaállításához.
A vonzás elvének egy másik alkalmazása a dugattyús típusú vagy mágnesszelep-meghajtás. A nád relé egy másik példa a vonzás elvére.
A "mozgó tekercs" mérők egy horganyzott hurkot használnak egy álló mágnesben, hasonlóan a galvanométerhez, de mutató helyett érintkezőkarral. Ezeket nagyon nagy érzékenységgel lehet készíteni. Egy másik típusú mozgó tekercs felfüggeszti a tekercset két vezető szalagból, lehetővé téve a tekercs nagyon hosszú utazását.
Indukciós tárcsa túláram relé
Az "indukciós" lemezmérők úgy működnek, hogy áramokat indukálnak egy korongban, amely szabadon foroghat; a tárcsa forgó mozgása érintkezőt működtet. Az indukciós relékhez váltakozó áram szükséges; ha két vagy több tekercset használnak, akkor azonos frekvenciájúnak kell lenniük, ellenkező esetben nem keletkezik nettó működési erő. Ezek az elektromágneses relék a 19. század végén Galileo Ferraris által felfedezett indukciós elvet használják . Az indukciós tárcsás túláram-relék mágneses rendszerét úgy tervezték, hogy érzékelje a túláramokat egy energiaellátó rendszerben, és előre meghatározott késleltetéssel működjön, ha bizonyos túláramkorlátokat elértek. Ahhoz, hogy működjön, a relék mágneses rendszere nyomatékot állít elő, amely egy fémtárcsára hat, hogy kapcsolatba lépjen, a következő alapvető áram/nyomaték egyenlet szerint:
Hol és hol van a két fluxus, és a fluxusok közötti fázisszög
A fenti egyenletből a következő fontos következtetéseket lehet levonni.
- A nyomaték előállításához két váltakozó fluxus szükséges fáziseltolással.
- A maximális nyomaték akkor keletkezik, ha a két váltakozó fluxus egymástól 90 fokos távolságra van.
- Az így kapott nyomaték állandó, és nem az idő függvénye.
A relé elsődleges tekercselését az áramellátó transzformátor biztosítja egy dugaszhídon keresztül, amelyet dugóbeállítási szorzónak (psm) neveznek. A relék érzékenységét általában hét, egyenlő távolságra lévő megcsapolás vagy működtető sáv határozza meg. Az elsődleges tekercs a felső elektromágnesen található. A szekunder tekercs a felső elektromágnesen olyan kapcsolatokkal rendelkezik, amelyek az elsődleges tekercsből táplálkoznak és az alsó elektromágneshez vannak csatlakoztatva. Amint a felső és az alsó elektromágnes feszültség alá kerül, örvényáramokat hoznak létre, amelyek a fémtárcsára indukálódnak és a fluxusúton haladnak át. Ez az örvényáramok és fluxusok kapcsolata az elsődleges tekercs bemeneti áramával arányos nyomatékot hoz létre, mivel a két fluxusút 90 ° -on kívül esik a fázison.
Túláramú állapotban olyan áramerősség érhető el, amely legyőzi az orsóra és a fékmágnesre gyakorolt szabályozórugó -nyomást, és a fémtárcsa a rögzített érintkező felé forog. A lemez ezen kezdeti mozgását az áram kritikus pozitív értékére is visszatartják a kis rések, amelyek gyakran a lemez oldalába vannak vágva. A forgáshoz szükséges idő az érintkezők létrehozásához nem csak az áramtól függ, hanem az orsó visszaállási helyzetétől is, amelyet időszorzónak (tm) neveznek. Az időszorzó a teljes forgási idő 10 lineáris osztására van felosztva.
Feltéve, hogy a relé szennyeződésmentes, a fémtárcsa és az orsó az érintkezőjével eléri a rögzített érintkezőt, így jelzést küld az áramkör kioldására és leválasztására a tervezett időn és aktuális előírásokon belül. A relé leeresztő árama sokkal alacsonyabb, mint a működési értéke, és amint eléri, a relét a fékmágnes által vezérelt vezérlőrugó nyomása fordított mozgásban visszaállítja.
Statikus
Az elektronikus erősítők védőrelékre történő alkalmazását már 1928 -ban leírták, vákuumcsöves erősítők alkalmazásával, és 1956 -ig folytatódott. Az elektroncsöveket használó eszközöket tanulmányozták, de soha nem alkalmazták kereskedelmi termékként, a vákuumcsöves erősítők korlátai miatt. A csőszál hőmérsékletének fenntartásához viszonylag nagy készenléti áram szükséges; kényelmetlen nagy feszültségek szükségesek az áramkörökhöz, és a vákuumcsöves erősítőknek nehézségeik voltak a helytelen működéssel a zajzavarok miatt.
A statikus reléknek nincs vagy csak kevés mozgó alkatrészük van, és a tranzisztor bevezetésével vált praktikussá . A statikus relék mérőelemeit sikeresen és gazdaságosan építették fel diódákból , zener diódákból , lavina diódákból , unijunction tranzisztorokból , pnp és npn bipoláris tranzisztorokból , mezőhatású tranzisztorokból vagy ezek kombinációiból. A statikus relék a nagyobb érzékenység előnyeit kínálják, mint a tisztán elektromechanikus relék, mivel a kimeneti érintkezők működtetéséhez szükséges áram egy külön tápegységből származik, nem pedig a jeláramkörökből. A statikus relék kiküszöbölik vagy csökkentik az érintkezés visszapattanását , és gyors működést, hosszú élettartamot és alacsony karbantartást biztosíthatnak.
Digitális
A digitális védőrelék gyerekcipőben jártak az 1960 -as évek végén. Egy kísérleti digitális védelmi rendszert teszteltek a laboratóriumban és a terepen az 1970 -es évek elején. A fent említett relékkel ellentétben a digitális védőreléknek két fő része van: hardver és szoftver. A világ első kereskedelmi forgalomban kapható digitális védőreléjét 1984 -ben a washingtoni Pullmanban székelő Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) vezette be az energiaiparba. Annak ellenére, hogy a védelmi funkciók megvalósítására komplex algoritmusokat fejlesztettek ki, az 1980-as években forgalmazott mikroprocesszoros relék nem tartalmazták ezeket. A mikroprocesszoros digitális védőrelé sok diszkrét elektromechanikus műszer funkcióit helyettesítheti. Ezek a relék átalakítják a feszültséget és áramot digitális formába, és mikroprocesszor segítségével feldolgozzák a kapott méréseket. A digitális relé sok különálló elektromechanikus relé funkcióit képes emulálni egy eszközben, leegyszerűsítve a védelem tervezését és karbantartását. Minden digitális relé futtathat önteszt rutinokat, hogy megerősítse készenlétét és riasztást, ha hibát észlel. A digitális relék olyan funkciókat is elláthatnak, mint a kommunikációs ( SCADA ) interfész, az érintkező bemenetek figyelése, a mérés, a hullámalak -elemzés és más hasznos funkciók. A digitális relék például tárolhatnak több védelmi paramétert, ami lehetővé teszi a relé viselkedésének megváltoztatását a csatlakoztatott berendezések karbantartása során. A digitális relék olyan védelmi stratégiákat is nyújthatnak, amelyeket lehetetlen megvalósítani elektromechanikus relékkel. Ez különösen igaz a távolsági nagyfeszültségű vagy többterminális áramkörökre, vagy soros vagy söntkompenzált vezetékekre. Előnyöket kínálnak az önellenőrzésben és a felügyeleti vezérlőrendszerekhez való kommunikációban is.
Számszerű
A digitális és a numerikus védelmi relé közötti különbség finom technikai részleteken nyugszik, és ritkán fordul elő a védelemtől eltérő területeken. A numerikus relék a digitális relék technológiai fejlődésének eredménye. Általában többféle típusú numerikus védelmi relé létezik. Mindazonáltal mindegyik típus hasonló architektúrával rendelkezik, így lehetővé teszi a tervezők számára, hogy egy teljes rendszermegoldást építsenek, amely viszonylag kevés rugalmas komponensen alapul. Nagy sebességű processzorokat használnak, amelyek megfelelő algoritmusokat hajtanak végre. A legtöbb numerikus relé többfunkciós is, és több beállításcsoportot tartalmaz, amelyek mindegyike gyakran több tíz vagy száz beállítással rendelkezik.
Relék funkciók szerint
Az adott relén elérhető különböző védelmi funkciókat szabványos ANSI -eszközszámok jelölik . Például az 51 funkciót tartalmazó relé időzített túláramvédő relé lenne.
Túláram relé
A túláram -relé egy védőrelé, amely akkor működik, ha a terhelési áram meghaladja a felvételi értéket. Két típusa van: pillanatnyi túláram (IOC) relé és határozott idejű túláram (DTOC) relé.
Az ANSI eszköz száma 50 egy IOC vagy DTOC relé esetén. Egy tipikus alkalmazásban a túláram -relé áramátalakítóhoz van csatlakoztatva, és úgy van kalibrálva, hogy egy adott áramszinten vagy azt meghaladóan működjön. Amikor a relé működik, egy vagy több érintkező működni fog, és feszültség alatt áll, hogy megszakítsa a megszakítót. A DTOC relét széles körben használták az Egyesült Királyságban, de eredendő problémája, hogy a forráshoz közelebb eső hibák esetén lassabban működik, az IDMT relé kifejlesztéséhez vezetett.
Határozott idejű túláram relé
A határozott idejű túláram (DTOC) relé olyan relé, amely meghatározott idő elteltével működik, amint az áram meghaladja a felvételi értéket. Ezért ez a relé rendelkezik aktuális beállítási és időbeállítási tartományokkal.
Azonnali túláram relé
A pillanatnyi túláram-relé olyan túláram-relé, amelynek nincs szándékos késleltetése a működéshez. A relé érintkezői azonnal bezáródnak, amikor a relén belüli áram meghaladja az üzemi értéket. Az azonnali felvételi érték és a relé záró érintkezői közötti időintervallum nagyon alacsony. Alacsony az üzemideje, és azonnal működésbe lép, ha az áram értéke meghaladja a relé beállítását. Ez a relé csak akkor működik, ha a forrás és a relé közötti impedancia kisebb, mint a szakaszban megadott.
Fordított idejű túláram relé
Az inverz idejű túláram-relé (ITOC) egy túláram-relé, amely csak akkor működik, ha működési áramuk nagysága fordítottan arányos a feszültség alá eső mennyiségek nagyságával. A relé működési ideje csökken az áram növekedésével. A relé működése az áram nagyságától függ.
Fordított, határozott minimális időrelé
Az inverz határozott minimális idő (IDMT) relé védőrelék, amelyeket a határozott idő túláramú (DTOC) relék hiányosságainak kiküszöbölésére fejlesztettek ki.
Ha a forrás impedanciája állandó marad, és a hibaáram észrevehetően megváltozik, amikor eltávolodunk a relétől, akkor előnyös az IDMT túláramvédelem használata a nagy sebességű védelem eléréséhez a védett áramkör nagy részén. Ha azonban a forrásimpedancia lényegesen nagyobb, mint az előtoló impedancia, akkor az IDMT relé karakterisztikája nem használható ki, és a DTOC használható. Másodszor, ha a forrás impedanciája változik, és gyengül a kisebb generációval a kisebb terhelések során, akkor ez lassabb hézaghoz vezet, és ezzel meghiúsítja az IDMT relé célját.
Az IEC 60255-151 szabvány meghatározza az IDMT relé görbéket az alábbiak szerint. Az 1. táblázat négy görbéje a most visszavont brit BS 142 szabványból származik . A másik öt, a 2. táblázatban, a C37.112 ANSI szabványból származik.
Bár gyakoribb az IDMT relék használata az áramvédelemhez, lehetséges az IDMT üzemmód használata a feszültségvédelemhez. Lehetőség van személyre szabott görbék programozására egyes védőrelékben, más gyártók pedig a reléikre jellemző speciális görbékkel rendelkeznek. Néhány numerikus relé használható fordított idejű túlfeszültség -védelem vagy negatív sorozatú túláramvédelem biztosítására.
| Relé Jellemző | IEC egyenlet |
|---|---|
| Standard fordított (SI) | |
| Nagyon fordított | |
| Rendkívül fordított (EI) | |
| Hosszú ideje szabványos földzárlat |
| Relé Jellemző | IEEE egyenlet |
|---|---|
| IEEE Mérsékelten fordított | |
| IEE nagyon inverz (VI) | |
| Rendkívül fordított (EI) | |
| US CO 8 inverz | |
| US CO 2 Rövid idő inverz |
I r = a hibaáram és a relébeállító áram vagy a dugóbeállító szorzó aránya. A "Plug" egy referencia az elektromechanikus relé korszakából, és különálló lépésekben volt elérhető. A TD a Time Dial beállítás.
A fenti egyenletek a görbék "családját" eredményezik a különböző időszorzó -beállítás (TMS) beállítások használata következtében. A relé karakterisztikus egyenleteiből nyilvánvaló, hogy egy nagyobb TMS egy adott PMS (I r ) értéknél lassabb tisztítási időt eredményez .
Távolsági relé
A távolságrelék , más néven impedanciarelék , elvileg különböznek a többi védelmi formától, mivel teljesítményüket nem a védett áramkörben lévő áram vagy feszültség nagysága, hanem e két mennyiség aránya határozza meg. A távolsági relék valójában kettős működtetésű relék, amelyek egyik tekercsét feszültség, a másik tekercset pedig áram táplálja. Az áram elem pozitív vagy felvevő nyomatékot hoz létre, míg a feszültség elem negatív vagy visszaállító nyomatékot. A relé csak akkor működik, ha a V/I arány egy előre meghatározott érték (vagy beállított érték) alá esik. A távvezeték meghibásodása során a hibaáram növekszik, és a feszültség a hibaponton csökken. A V/I arányt a CT -k és a PT -k helyén mérik . A PT hely feszültsége a PT és a hiba közötti távolságtól függ. Ha a mért feszültség kisebb, az azt jelenti, hogy a hiba közelebb van, és fordítva. Ezért a távolsági relének nevezett védelem. A vonalon átfolyó terhelés impedanciaként jelenik meg a relével szemben, és a kellően nagy terhelések (mivel az impedancia fordítottan arányos a terheléssel) a relé kioldásához vezethetnek hiba nélkül is.
A jelenlegi differenciálvédelmi rendszer
A differenciálrendszer a védett zónába (amely lehet buszsáv, generátor, transzformátor vagy más berendezés) belépő áram és az adott zónából kilépő áram közötti különbségre hat. A zónán kívüli hiba ugyanazt a hibaáramot adja a zóna belépésekor és kilépésekor, de a zónán belüli hibák áramkülönbségként jelennek meg.
"A differenciálvédelem 100% -ban szelektív, ezért csak a védett zónáján belüli hibákra reagál. A védett zóna határát egyedileg határozza meg az áramváltók elhelyezkedése . Ezért nincs szükség más védelmi rendszerekkel történő időosztályozásra, ami lehetővé teszi a kioldást A differenciálvédelem ezért minden fontos növényi elem gyors védelmére alkalmas. "
A differenciálvédelem alkalmazható a több terminállal rendelkező zónák védelmére, és a vezetékek, generátorok, motorok, transzformátorok és más elektromos berendezések védelmére.
A differenciális sémában lévő áramváltókat úgy kell megválasztani, hogy közel azonos választ adjanak a nagy túláramokra. Ha a "hibán keresztül" eredményeként az áramváltók egy halmaza telítődik a másik előtt, a zóna differenciálvédelem hamis "működő" áramot lát, és hamis kioldást eredményezhet.
A GFCI ( földzárlat-megszakító ) megszakítók egyesítik a túláramvédelmet és a differenciálvédelmet (nem állítható) a szabványos, általánosan elérhető modulokban.
Irányított relé
Az irányított relé további polarizáló feszültség- vagy áramforrást használ a hiba irányának meghatározásához. Az irányított elemek a polarizáló mennyiség és a működési mennyiség közötti fáziseltolódásra reagálnak. A hiba a relé helyétől felfelé vagy lefelé is elhelyezhető, lehetővé téve a megfelelő védőeszközök működését a védelmi zónán belül vagy kívül.
Szinkronizálás ellenőrzése
A szinkronizálást ellenőrző relé kontaktuszárást biztosít, ha két forrás frekvenciája és fázisa hasonló a tűréshatáron belül. A "szinkronizálás ellenőrző" relét gyakran alkalmazzák ott, ahol két tápegység össze van kötve, például egy kapcsolóállomáson, amely két elektromos hálózatot összeköt, vagy egy generátor megszakítójánál, hogy biztosítsa a generátor szinkronizálását a rendszerrel a csatlakoztatás előtt.
Áramforrás
A relék a működésükhöz használt áramforrás típusa szerint is osztályozhatók.
- Az önműködő relék a védett áramkörből származó energiával működnek, például a hálózati áram mérésére használt áramváltókon keresztül. Ez kiküszöböli a külön ellátás költségeit és megbízhatóságát.
- A segédüzemű relék akkumulátorról vagy külső hálózati tápegységről működnek. Egyes relék váltakozó áramot vagy egyenáramot is használhatnak. A segédellátásnak rendkívül megbízhatónak kell lennie a rendszerhiba során.
- A kettős tápellátású relék segédhajtásúak is lehetnek, így minden akkumulátor, töltő és egyéb külső elem feleslegessé válik, és tartalékként használható.