Защитная эстафета

Электромеханические защитные реле на гидроэлектростанции . Реле находится в круглах стеклянных корпусах. Прямоугольные устройства представляют собой тестовые соединительные блоки, используемые для тестирования и выделения цепей трансформатора приборов.

В электротехнике представляет защитное реле собой ретрансляционное устройство, предназначенное для переключения автоматического выключателя при обнаружении неисправности. Первыми защитными реле были электромагнитные устройства, которые полагаются на катушки, работающие на движущихся частях, для обеспечения обнаружения аномальных условий эксплуатации, таких как чрезмерный ток, перенапряжение , обратный поток мощности , чрезмерная частота и недостатка.

цифровая защита на основе микропроцессора Сплошная теперь эмулирует оригинальные устройства, а также обеспечивает непрактичные типы защиты и надзора с электромеханическими реле. Электромеханические реле обеспечивают только рудиментарное указание на местоположение и происхождение неисправности. Во многих случаях одно микропроцессорное реле обеспечивает функции, которые будут принимать два или более электромеханических устройств. Объединяя несколько функций в одном случае, числовые реле также сохраняют стоимость капитала и технического обслуживания по сравнению с электромеханическими реле. Однако из -за их очень долгой продолжительности жизни десятки тысяч этих «молчаливых стражей» все еще защищают линии передачи и электрический аппарат по всему миру. Важные линии передачи и генераторы имеют кабины, предназначенные для защиты, со многими отдельными электромеханическими устройствами или одним или двумя микропроцессорными реле.

Теория и применение этих защитных устройств являются важной частью образования инженера, который специализируется на защите энергосистемы . Необходимость действовать быстро для защиты цепей и оборудования часто требует, чтобы защитные реле отвечали и отключали выключатель в течение нескольких тысяч секунды. В некоторых случаях это время разрешения предписано в законодательстве или правилах эксплуатации. Программа обслуживания или тестирования используется для определения производительности и доступности систем защиты.

Основываясь на конечном применении и применимом законодательстве, различные стандарты, такие как ANSI C37.90, IEC255-4, IEC60255-3 и IAC регулируют время отклика реле на условия неисправности, которые могут возникнуть.

Принципы операции

Электромеханические защитные реле работают либо магнитным притяжением , либо магнитной индукцией . с переключением В отличие от электромеханических реле с фиксированными и обычно плохо определенными порогами рабочего напряжения и временем работы, защитные реле имеют хорошо известные, выбираемые и регулируемые рабочие характеристики времени и текущего (или другого рабочего параметра). Защитные реле могут использовать массивы индукционных дисков, затененный полюс, Магниты, эксплуатационные и сдержанные катушки, операторы типа соленоида, контакты по телефону и сети сдвигают фаз.

Защитные реле также могут быть классифицированы по типу измерения, которые они проводят. Защитная реле может реагировать на величину величины, такой как напряжение или ток. Индукционные реле могут реагировать на произведение двух величин в двух полевых катушках, что, например, может представлять мощность в схеме.

"Не практическое создание реле, которое развивает крутящий момент, равный коэффициенту двух величин переменного тока. Это, однако, не важно; единственное значимое условие для реле - это настройка, и настройка может быть сделана для соответствия соотношению независимо от значений компонентов в широком диапазоне ».

Несколько операционных катушек могут использоваться для обеспечения «смещения» реле, что позволяет контролировать чувствительность отклика в одной цепи другой. Различные комбинации «операционного крутящего момента» и «сдержанного крутящего момента» могут быть произведены в реле.

Используя постоянный магнит в магнитной цепи , может быть сделано реле, чтобы реагировать на ток в одном направлении, не так, как в другом. Такие поляризованные реле используются в цепях прямоточных тока для обнаружения, например, обратного тока в генератор. Эти реле могут быть сделаны бистами, поддерживая контакт, закрытый без тока катушки и требуя сброса обратного тока. Для схем переменного тока принцип расширяется с помощью поляризационной обмотки, подключенной к источнику эталонного напряжения.

Легкие контакты создают чувствительные реле, которые работают быстро, но небольшие контакты не могут нести или сломать тяжелые течения. Часто измерительное реле запускает вспомогательные реле телефонного типа.

В большой установке электромеханических реле было бы трудно определить, какое устройство создало сигнал, который сбил схему. Эта информация полезна для операционного персонала для определения вероятной причины разлома и предотвращения его повторного воздействия. Реле может быть оснащено «целевой» или «флагом», который выпускается, когда реле работает, для отображения отличительного цветного сигнала, когда реле спотчено.

Типы в соответствии со строительством

Электромеханический

Электромеханические реле могут быть классифицированы на несколько различных типов следующим образом:

привлекла арматуру движущаяся катушка

индукция мотор эксплуатируется

механический тепло

«Арматура»-типа имеет поворотный рычаг, поддерживаемый на шарнире или оно для ножа, который несет движущийся контакт. Эти реле могут работать либо на чередующемся, либо на постоянный ток, но для чередующегося тока, катушки затенения на шесте используется для поддержания силы контакта на протяжении всего цикла переменного тока. Поскольку воздушный зазор между фиксированной катушкой и движущейся арматурой становится намного меньше, когда реле работает, ток, необходимый для поддержания закрытого реле, намного меньше, чем ток для сначала его. «Возвращающее соотношение» или «дифференциал» - это мера того, сколько ток должен быть уменьшен для сброса реле.

Вариантным применением принципа притяжения является оператор типа плунжера или соленоид. Рид -реле является еще одним примером принципа притяжения.

Счетчики «движущаяся катушка» используют петлю проволоки в стационарном магните, похожий на гальванометр , но с контактным рычагом вместо указателя. Они могут быть сделаны с очень высокой чувствительностью. Другой тип движущейся катушки приостанавливает катушку от двух проводящих связей, что позволяет очень долгое путешествие катушки.

Индукционный диск переправо

Когда входной ток выше предела тока, диск вращается, контакт перемещается влево и достигает фиксированного контакта. Шкала над пластиной указывает время задержки.

«Индукционные» измерители диска работают, вызывая токи на диск, который может вращаться; Роторное движение диска управляет контактом. Индукционные реле требуют переменного тока; Если используются две или более катушек, они должны быть на одной и той же частоте, иначе чистая операционная сила не производится. Эти электромагнитные реле используют принцип индукции, обнаруженный Галилео Феррарисом в конце 19 -го века. Магнитная система в индукционном диском реле предназначена для обнаружения чрезмерных токов в энергосистеме и работы с заранее определенной временной задержкой, когда были достигнуты определенные пределы перегрузки. Для работы магнитная система в реле создает крутящий момент, который действует на металлическом диском, чтобы установить контакт в соответствии со следующим базовым уравнением тока/крутящего момента:

$T\propto \phi _{s}\times \phi _{u}\sin \alpha$

Где $\phi _{u}$ и $\phi _{s}$ два потока и $\alpha$ это фазовый угол между потоками

Следующие важные выводы могут быть сделаны из приведенного выше уравнения.

• Для производства крутящего момента необходимы два чередующихся потока с фазовым сдвигом.
• Максимальный крутящий момент производится, когда два чередующихся потока находятся на расстоянии 90 градусов друг от друга.
• Результирующий крутящий момент устойчивый и не является функцией времени.

Основная обмотка реле поставляется из трансформатора тока энергосистемы через мост заволки, который называется множителем настройки штепсы (PSM). Обычно семь одинаково расположенных подтяжке или операционных полос определяют чувствительность реле. Основная обмотка расположена на верхнем электромагните. Вторичная обмотка имеет соединения на верхнем электромагните, которые под напряжением от первичной обмотки и соединены с нижним электромагнитом. Как только верхние и нижние электромагниты включены питания, они производят вихревые токи, которые индуцируются на металлический диск и текут через пути потока. Эта связь вихревых токов и потоков создает крутящий момент, пропорциональный входному току первичной обмотки, из -за того, что два пути потока находятся вне фазы на 90 °.

В условиях перегрузки будет достигнуто значение тока, которое преодолевает давление пружины управления на шпинделе и тормозном магните, в результате чего металлический диск вращается в направлении фиксированного контакта. Это начальное движение диска также удерживается до критического положительного значения тока небольшими слотами, которые часто разрезаны в сторону диска. Время, необходимое для вращения, чтобы установить контакты, зависит не только от тока, но и от положения веретена, известного как временной мультипликатор (TM). Временный мультипликатор делится на 10 линейных подразделений полного времени вращения.

При условии, что реле не является грязью, металлический диск и шпиндель с его контактом достигнут фиксированного контакта, тем самым отправляя сигнал для перехода и изоляции схемы, в рамках его разработанного времени и технических характеристик. Отбрасывание тока реле намного ниже, чем его рабочее значение, и после достижения реле будет сброшено обратным движением при давлении управляющей пружины, регулируемой тормозным магнитом.

Статический

Применение электронных усилителей к защитным реле было описано уже в 1928 году, используя усилители вакуумных труб и продолжалось до 1956 года. Устройства, использующие электронные трубки, были изучены, но никогда не применялись в качестве коммерческих продуктов из -за ограничений усилителей вакуумных трубок. Относительно большой резервный ток необходим для поддержания температуры трубки; Неудобные высокие напряжения требуются для схем, а усилители вакуумных труб были трудности с неправильной работой из -за нарушений шума.

Статические реле не имеют или мало движущихся частей и стали практичными с введением транзистора . Измерительные элементы статических реле были успешно и экономически созданы из диодов , Zener Diodes , лавинных диодов , транзисторов Unijunction PNP и NPN , биполярных транзисторов , транзисторов полевых эффектов или их комбинаций. Статические реле обеспечивают преимущество более высокой чувствительности, чем чисто электромеханические реле, поскольку мощность для работы выходных контактов получена из отдельного питания, а не из схем сигналов. Статические реле устраняли или уменьшены отскок , и могут обеспечить быструю работу, длительный срок службы и низкое обслуживание.

Цифровой

Основная статья: цифровая защитная эстафета

Цифровые защитные эстафеты были в зачаточном состоянии в конце 1960 -х годов. Экспериментальная система цифровой защиты была протестирована в лаборатории и на местах в начале 1970 -х годов. В отличие от реле, упомянутых выше, цифровые защитные реле имеют две основные части: аппаратное и программное обеспечение Полем Первое в мире коммерчески доступное цифровое защитное реле было введено в энергетическую отрасль в 1984 году Schweitzer Engineering Laboratories (SEL), базирующейся в Пуллмане, штат Вашингтон. Несмотря на разработки сложных алгоритмов для реализации функций защиты, микропроцессорные изделия, продаваемые в 1980-х годах, не включали их. Реле цифровой защиты на основе микропроцессора может заменить функции многих дискретных электромеханических инструментов. Эти реле преобразуют напряжение и токи в цифровую форму и обрабатывают полученные измерения с использованием микропроцессора. Цифровое реле может эмулировать функции многих дискретных электромеханических реле в одном устройстве, Упрощение проектирования защиты и технического обслуживания. Каждое цифровое реле может запускать процедуры самопроверки, чтобы подтвердить его готовность и тревогу, если обнаружена ошибка. Цифровые реле также могут предоставлять интерфейс связи, такие как коммуникации ( SCADA ), мониторинг контактных входов, измерение, анализ сигналов и другие полезные функции. Цифровые реле могут, например, хранить несколько наборов параметров защиты, что позволяет изменять поведение реле во время обслуживания прикрепленного оборудования. Цифровые реле также могут предоставить стратегии защиты невозможными с помощью электромеханических реле. Это особенно в значительной степени в расстоянии высокого напряжения или многопользованных цепей или в линии, которые являются последовательными или шунтированными компенсацией Они также предлагают преимущества в самопротестировании и общении с системами контроля над контролем.

Цифровое (числовое) многофункциональное защитное реле для распределительных сетей. Одно такое устройство может заменить много однофункциональных электромеханических реле и обеспечивает функции самопротестирования и связи.

Числовой

Основная статья: численная реле

Различие между цифровой и численной защитой реле основывается на точках мелких технических деталей и редко встречается в областях, отличных от защиты Полем Численные реле являются продуктом достижений в области технологий из цифровых реле. Как правило, существует несколько различных типов численных реле защиты. Каждый тип, однако, разделяет аналогичную архитектуру, что позволяет дизайнерам создавать целое системное решение, которое основано на относительно небольшом количестве гибких компонентов. Они используют высокоскоростные процессоры, выполняющие соответствующие алгоритмы . Большинство численных реле также многофункциональны и иметь несколько групп настройки, каждый из которых часто с десятками или сотнями настроек.

Реле по функциям

Различные защитные функции, доступные на данном реле, обозначены стандартными номерами устройств ANSI . Например, реле, включающая функцию 51, станет временной защитной реле.

Эстакада перегрузки

Реле над тока - это тип защитного реле, который работает, когда ток нагрузки превышает значение пикапа. Это двух типов: мгновенное реле с ток (IOC) и определенное время перегрузки (DTOC).

Номер устройства ANSI составляет 50 для реле IOC или реле DTOC. В типичном применении реле с надписью подключено к трансформатору тока и калибруется для работы на уровне или выше определенного уровня тока. Когда реле работает, один или несколько контактов будут работать и заряжать энергию, чтобы отключить выключатель цепи. Реле DTOC широко использовалось в Соединенном Королевстве, но его неотъемлемая проблема работы медленнее для разломов ближе к источнику привела к разработке реле IDMT.

Определенное время переоборудования

Определенное время чрезмерного тока (DTOC) реле является реле, который работает после определенного периода времени, когда ток превышает значение пикапа. Следовательно, эта реле имеет текущий диапазон настройки, а также диапазон настройки времени.

Мгновенная реле из чрезмерного тока

Мгновенная реле из чрезмерного тока -это перегрузка реле, которое не имеет преднамеренной задержки по времени для работы. Контакты реле закрываются мгновенно, когда ток внутри реле поднимается за пределы эксплуатационной стоимости. Временный интервал между мгновенным значением подбора и закрывающими контактами реле очень низкий. Он имеет низкое время работы и начинает работать мгновенно, когда значение тока больше, чем настройка реле. Это реле работает только тогда, когда импеданс между источником и реле меньше, чем в разделе.

Обратное время чрезмерного тока

Реле из чрезмерного времени обратного времени (ITOC) представляет собой реле перегрузки, которое работает только тогда, когда величина их рабочего тока обратно пропорциональна величине величин энергии. Время работы реле уменьшается с увеличением тока. Работа реле зависит от величины тока.

Обратная определенная минимальная реле времени

Реле обратного определенного минимального времени (IDMT) представляют собой защитные реле, которые были разработаны для преодоления недостатков определенного временного перегрузки (DTOC).

Если импеданс источника остается постоянным, а ток неисправности заметно изменяется по мере того, как мы уходим от реле, то выгодно использовать защиту от перекока IDMT Для достижения высокоскоростной защиты над большой частью защищенной цепи. Однако, если импеданс источника значительно больше, чем импеданс фидера, то характеристика реле IDMT не может быть использована, а DTOC может использоваться. Во -вторых, если импеданс источника варьируется и становится слабее с меньшим количеством генерации во время легких нагрузок, это приводит к более медленному времени зазора, следовательно, отрицает цель реле IDMT.

IEC Standard 60255-151 Определяет кривые реле IDMT, как показано ниже. Четыре кривые в таблице 1 получены из теперь снятого британского стандарта BS 142. Остальные пять, в таблице 2, получены из стандарта ANSI C37.112.

Несмотря на то, что чаще используется реле IDMT для защиты тока, можно использовать режим работы IDMT для защиты напряжения Полем Можно программировать индивидуальные кривые в некоторых защитных реле и другие производители Имеют специальные кривые, специфичные для их реле. Некоторые численные реле могут быть использованы для обеспечения обратного времени защиты от перенапряжения. или негативная защита над током.

Таблица 1. Кривые, полученные из BS 142

Характеристика реле	Уравнение МЭК
Обратный стандарт (да)	$t=TMS\times {\frac {0.14}{I_{r}^{0.02}-1}}$
Очень обратный	$t=TMS\times {\frac {13.5}{I_{r}-1}}$
Чрезвычайно обратный (EI)	$t=TMS\times {\frac {80}{I_{r}^{2}-1}}$
Долгое время стандартное разлом земли	$t=TMS\times {\frac {120}{I_{r}-1}}$

Таблица 2. Кривые происходят из стандарта ANSI (характеристики реле IDMT в Северной Америке)

Характеристика реле	Уравнение IEEE
IEEE умеренно обратная	$t={\frac {TD}{7}}{\biggl \{}{\biggl (}{\frac {0.0515}{I_{r}^{0.02}-1}}{\biggl )}+0.114{\biggl \}}$
IEE очень обратный (vi)	$t={\frac {TD}{7}}{\biggl \{}{\biggl (}{\frac {19.61}{I_{r}^{2}-1}}{\biggl )}+0.491{\biggl \}}$
Чрезвычайно обратный (EI)	$t={\frac {TD}{7}}{\biggl \{}{\biggl (}{\frac {28.2}{I_{r}^{2}-1}}{\biggl )}+0.1217{\biggl \}}$
US CO 8 обратно	$t={\frac {TD}{7}}{\biggl \{}{\biggl (}{\frac {5.95}{I_{r}^{2}-1}}{\biggl )}+0.18{\biggl \}}$
US CO 2 короткое время обратно	$t={\frac {TD}{7}}{\biggl \{}{\biggl (}{\frac {0.02394}{I_{r}^{0.02}-1}}{\biggl )}+0.01694{\biggl \}}$

I _r = - это отношение тока неисправности к току настройки реле или множитель настройки штепсельной вилки. «Plug» - это ссылка из эпохи электромеханического реле и была доступна в дискретной шаги TD - это настройка Dial Time.

$PSM={\frac {Primary\ fault\ current}{Relay\ current\ setting\ \times \ CT\ ratio}}$

Приведенные выше уравнения приводят к «семье» кривых в результате использования различных настроек настройки множества (TMS). Из уравнений характеристики реле видно, что более крупные TMS приведет к более медленному времени очистки для данного значения PMS (I _R ).

Дистанционная эстафета

Дистанционные реле , также известные как реле импеданса , по принципу отличается от других форм защиты тем, что их производительность определяется не величиной тока или напряжения в защищенной цепи, а скорее по отношению этих двух величин. Реле расстояния на самом деле представляют собой двойное действительное количество реле с одной катушкой, включенной напряжением и другой катушкой по току. Текущий элемент создает положительный или поднимающий крутящий момент, в то время как элемент напряжения дает отрицательный или сброшенный крутящий момент. Реле работает только тогда, когда отношение V/I падает ниже заранее определенного значения (или установленного значения). Во время неисправности на линии передачи ток неисправности увеличивается, а напряжение в точке неисправности уменьшается. V/i Соотношение измеряется в месте CTS и PTS . Напряжение в месте PT зависит от расстояния между PT и разломом. Если измеренное напряжение меньше, это означает, что неисправность ближе и наоборот. Отсюда и защита, называемая дистанционной эстафетой. Нагрузка, протекающая через линию, выглядит как импеданс в реле, и достаточно большие нагрузки (так как импеданс обратно пропорционален нагрузке) может привести к отключению реле даже при отсутствии неисправности.

Схема текущей дифференциальной защиты

Дифференциальная схема действует на разницу между током, входящим в защищенную зону (которая может быть автобусовой панелью, генератором, трансформатором или другим аппаратом) и током, покидающим эту зону. Ошибка вне зоны дает тот же ток неисправности при входе и выходе в зону, но разломы в зоне проявляются как разница в токе.

«Дифференциальная защита на 100% селективна и, следовательно, только реагирует на разломы в ее защищенной зоне. Граница защищенной зоны уникально определяется местоположением текущих трансформаторов . Таким образом, оценка времени с другими системами защиты не требуется, что позволяет спорить Поэтому без дополнительной задержки.

Дифференциальная защита может использоваться для обеспечения защиты зон с несколькими терминалами и может использоваться для защиты линий, генераторы, двигатели, трансформаторы и другие электрические установки.

Трансформаторы тока в дифференциальной схеме должны быть выбраны, чтобы иметь почти идентичный ответ на высокие переоценки. Если «через ошибку» приводит к тому, что один набор трансформаторов тока, насыщенных другим, в рамках дифференциальной защиты зоны будет ток ложному «эксплуатации» и может ложной поездки.

Выключатели цепи GFCI ( прерывание цепи разлома ) объединяют защиту над перегрузкой и дифференциальную защиту (нерегулируемой) в стандартных, обычно доступных модулях.

Направленная эстафета

использует Направленное реле дополнительный поляризационный источник напряжения или тока для определения направления разлома. Направленные элементы реагируют на фазовый сдвиг между поляризационным количеством и оперативным количеством. Ошибка может быть расположена вверх или вниз по течению от местоположения реле, что позволяет управлять соответствующими защитными устройствами внутри или за пределами зоны защиты.

Проверка синхронизма

Реле проверки синхронизма обеспечивает закрытие контакта, когда частота и фаза двух источников аналогичны некоторым пределам толерантности. Реле «проверка синхронизации» часто применяется, когда две системы питания взаимосвязаны, например, на переключателе, соединяющем две сетки питания, или на выключателе с цепи генератора, чтобы гарантировать, что генератор синхронизирован с системой перед ее подключением.

Источник питания

Реле также можно классифицировать по типу источника питания, который они используют для работы.

Реле защиты с двойным питанием, приведенное в действие током, полученным из линии с помощью КТ. Нападающий также показан

• Самопроизводные реле работают на энергии, полученной из защищенной схемы, через трансформаторы тока, используемые для измерения тока линии, например. Это устраняет вопрос о стоимости и надежности отдельного поставок.
• Вспомогательные реле с питанием полагаются на аккумулятор или внешнюю подачу переменного тока. Некоторые реле могут использовать либо переменного тока, либо постоянного тока. Вспомогательное снабжение должно быть очень надежным во время разлома системы.
• Двойное питание также может быть вспомогательное питание, поэтому все батареи, зарядные устройства и другие внешние элементы становятся избыточными и используются в качестве резервной копии.

Внешние ссылки

• Silent Sentinels 1949 Edition Online Text Text