Differentialrelais: Schaltung, Funktion, Typen und Anwendungen

EIN Relais ist eine Art von Schalter, der verwendet wird, um ein Hochstrom- und Hochspannungs-basiertes Gerät unter Verwendung eines Signals ein- oder auszuschalten. Relais werden in verschiedene Typen wie Verriegelung, Reed, Festkörper, Automobil, Zeitverzögerung, Differentialrelais usw. eingeteilt. Beim Schutz von Stromversorgungssystemen verschiedene Arten von Relais werden verwendet, aber ein sehr häufig verwendetes Relais zum Schutz eines Transformators sowie eines Generators vor lokalisierten Fehlern ist ein Differentialrelais. Dieses Relais spricht sehr gut auf Fehler an, die in der Schutzzone aufgetreten sind, reagiert jedoch weniger auf Fehler, die außerhalb der Schutzzone aufgetreten sind. Dieser Artikel enthält kurze Informationen zu a Differentialrelais – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist ein Differentialrelais?

Das Relais, das arbeitet, sobald die Zeigerdifferenz für mindestens zwei oder mehr der gleichen elektrischen Größen einen festen Betrag überschreitet, wird als Differentialrelais bezeichnet. Im Allgemeinen arbeiten die meisten Relais, wenn eine beliebige Größe einen festen Wert überschreitet. Dieses Relais arbeitet jedoch auf der Grundlage der Differenz zwischen zwei oder mehr gleichen elektrischen Größen.

Die Funktion eines Differentialrelais besteht darin, schnellen, empfindlichen und natürlich selektiven Schutz zu bieten. Diese Relais bieten keine Sicherheit bei Windungsfehlern in Maschinen und Transformatoren aufgrund des geringen Anstiegs des erzeugten Stroms durch diese Fehler, die unter der Ansprechempfindlichkeit des Relais bleiben.

Funktionsprinzip des Differentialrelais

Differentialrelais arbeiten nach dem Prinzip des Vergleichs zwischen dem Phasenwinkel und zwei oder mehr gleichen elektrischen Größen. Der Vergleich dieser beiden elektrischen Größen innerhalb eines Stromkreises mit einem Differentialrelais ist sehr einfach in der Anwendung und positiv in der Wirkung.

Wenn beispielsweise im Vergleich zum Eingangsstrom und Ausgangsstrom in einer Leitung ein großer Strom durch die geschützte Leitung fließt im Vergleich zum Strom, der von ihr ausgeht, muss zusätzlicher Strom innerhalb des Fehlers zugeführt werden. Die Differenz zwischen den beiden elektrischen Größen kann also ein Relais steuern, um den Stromkreis zu trennen.

Unter normalen Betriebsbedingungen sind die eingehenden und ausgehenden Ströme in Phase und Größe äquivalent, sodass das Relais nicht funktioniert. Wenn jedoch innerhalb des Systems ein Fehler auftritt, sind diese Ströme in Phase und Größe nicht mehr äquivalent.

Diese Art von Relais wird so verwendet, dass die Differenz zwischen dem eingehenden und dem ausgehenden Strom durch die Betriebsspulen des Relais fließt. So kann die Relaisspule aufgrund der unterschiedlichen Stromstärke bei Fehlerzuständen erregt werden. Also, dieses Relais funktioniert und öffnet das Leistungsschalter zum Auslösen des Stromkreises.

In obigem Differential-Relais-Schaltung , gibt es zwei Stromwandler, die an eine beliebige Seite des Leistungstransformators angeschlossen sind, so wie ein CT auf der Primärseite und der andere auf der Sekundärseite des PT angeschlossen ist ( Leistungstransformator ). Dieses Relais vergleicht einfach den Stromfluss auf beiden Seiten. Wenn der Stromfluss des Stromkreises unausgeglichen ist, neigt dieses Relais zum Ansprechen. Diese Relais können Stromdifferential-, Spannungsausgleichs- und vorgespannte Differentialrelais sein.

Arten von Differentialrelais

Diese Relais werden in drei Typen eingeteilt: Stromdifferential, Spannungsausgleich und prozentuales Differentialrelais oder Biased-Beam-Relais.

Stromausgleichs-Differentialrelais

Dieses Differentialrelais arbeitet immer dann, wenn in der geschützten Region ein Fehler auftritt, dann gibt es eine Variation des Eingangs- und Ausgangsstroms dieser Region. Indem wir also diese Ströme entweder in Phase oder Größe oder in beiden vergleichen, können wir den Fehler innerhalb des geschützten Bereichs erkennen. Wenn die Differenz einen festen Wert überschreitet, vergleicht dieses Relais die beiden Ströme und überträgt ein Auslösesignal an den CB (Leistungsschalter). Die Anschlüsse des Differentialrelaisschutzschaltkreises für den Normalzustand oder externen Fehler und während eines internen Fehlers sind in der folgenden Abbildung entsprechend dargestellt.

Die beiden Stromwandler in der obigen Schaltung werden an jedem Ende des zu schützenden Abschnitts verwendet. Zwischen den beiden Stromwandlern wird die Relaisspule einfach an der Äquipotentialposition angeschlossen, so dass unter normalen Bedingungen kein Strom durch die Relaisspule fließt. Damit kann eine Fehlfunktion des Relais vermieden werden.

Unter normalen und externen Fehlerbedingungen aus der obigen Schaltung entspricht der Stromfluss in den geschützten Bereich dem Stromfluss, der vom geschützten Bereich weggeht (I1 – I2 = 0). Daher fließt kein Strom durch die Relaisspule. Es bleibt also außer Betrieb.

In ähnlicher Weise ist in einem internen Fehlerfall aus der obigen Abbildung der Stromfluss in den geschützten Bereich unähnlich dem Stromfluss, der ihn verlässt (I1 – I2 ≠ 0). Diese Stromflussunterschiede werden also als Kreisstrom bezeichnet, der der Betätigungsspule des Relais zugeführt wird und das Relais arbeitet, wenn das Betätigungsdrehmoment höher ist als das Haltedrehmoment.

Spannungsausgleichs-Differentialrelais

Die beiden Stromwandler im Spannungsausgleichs-Differentialrelais werden einfach an einer beliebigen Seite des zu schützenden Elements angeschlossen, das die Generatorwicklung ist, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Diese Art von Relais vergleicht einfach zwei Spannungen entweder in Phase oder Größe oder in beiden und löst die Relaisschaltung aus, wenn die Differenz einen fest eingestellten Wert überschreitet.

Die Primärwicklungen des Stromwandlers haben ähnliche Stromverhältnisse, die mit dem Pilotdraht in Reihe geschaltet sind. Diese Drähte werden immer durch einfaches Verbinden zweier Schaltungsenden verbunden, wie in der obigen Abbildung gezeigt, und die Sekundärwicklung des Stromwandlers ist mit der Betriebsspule des Relais verbunden.

In der obigen Relaisschaltung ist der Stromfluss in beiden Hauptwicklungen der Stromwandler unter normalen Betriebsbedingungen gleich. Wenn also der Stromfluss gleich ist, ist die Spannung in der Sekundärwicklung gleich. In der Arbeitsspule eines Relais fließt also kein Strom.

In ähnlicher Weise besteht unter fehlerhaften Bedingungen eine Zeigerdifferenz in den Strömen der Primärspule. Somit gibt es eine Spannungsdifferenz an der zweiten Wicklung. Jetzt existiert eine Zeigerdifferenz in der Spannung der Sekundärspule, die der Arbeitsspule des Relais zugeführt und mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltet wird. Aus diesem Grund fließt der Strom durch die gesamte Betriebsspule des Relais.

Prozentdifferentialrelais

Das schematische Diagramm des prozentualen Differentialrelais ist unten dargestellt, das auch als a bekannt ist Biased-Beam-Relais .

Die schematische Anordnung des prozentualen oder vorgespannten Differentialrelais ist unten dargestellt. Diese Schaltung enthält hauptsächlich zwei Spulen wie Rückhalte- und eine Betriebsspule. Hier wird die Betätigungsspule einfach mit dem Mittelpunkt der Haltespule verbunden.

Hier erzeugt die Betätigungsspule das Betätigungsdrehmoment, so dass das Relais arbeitet, während die Begrenzungsspule eine Vorspannkraft oder ein Begrenzungsdrehmoment erzeugt, das dem Betätigungsdrehmoment ziemlich entgegengesetzt ist.
Dieses Relais arbeitet mit dem Differenzstrom, der durch den geschützten Bereich fließt. Immer wenn innerhalb des geschützten Bereichs kein Fehler oder außerhalb des geschützten Bereichs ein Fehler vorliegt, ist das Rückhaltedrehmoment höher als das Betriebsdrehmoment. Dadurch wird der Auslösekreis geöffnet und das Relais wird somit funktionsunfähig.

Wenn jedoch innerhalb des geschützten Bereichs ein Fehler auftritt, ist das Betriebsdrehmoment im Vergleich zum Rückhaltedrehmoment höher. Aus diesem Grund schließt der Balken einfach den Auslösekreis, wodurch ein Auslösesignal durch das Relais an den Leistungsschalter oder Leistungsschalter eingeleitet wird.

In der obigen Ersatzschaltung ist der Differenzstrom innerhalb der Arbeitsspule i2 – i1, während die Haltespule wegen des mittleren Anschlusses der Arbeitsspule i1 + i2/2 ist.

Das Verhältnis von i2 – i1 (Differenzbetriebsstrom) zu (i1 + i2)/2 (Haltestrom) hat also immer einen festen Prozentsatz. Daher wird dieses Relais als a bezeichnet Prozentdifferenzrelais . Um dieses Relais zu betreiben, sollte der Differenzstrom im Vergleich zu diesem festen Prozentsatz höher sein.

Vorteile

Zu den Vorteilen des Differentialrelais gehören die folgenden.

• Die digitale Signalverarbeitung ist mit einem 16-Bit-Mikroprozessor vollständig möglich.
• Dies ist der bedeutendste Schutz innerhalb des Stromversorgungssystems.
• Die Messgenauigkeit ist aufgrund einer präzisen 16-Bit-Analog-Digital-Wandlungsmethode in allen Einstellungsbereichen hoch.
• Diese sind sehr einfach an unterschiedliche Alarm- & Unterstationssysteme anpassbar.
• Diese Relais sind sehr reaktionsschnell, da sie nicht zwischen geringfügigen Fehlern und schweren Lasten unterscheiden können.
• Diese Relais vermeiden Fehlfunktionen innerhalb eines Netzwerks.

Nachteile

Zu den Nachteilen des Differentialrelais gehören die folgenden.

• Die Genauigkeit des Stromdifferentialrelais bei starkem Stromfluss wird aufgrund der Kapazität des Pilotkabels beeinträchtigt.
• Das Stromtransformatoren in diesem Relais können aufgrund der Pilotkabelimpedanzen und Konstruktionsfehler keine ähnlichen Eigenschaften oder Nennwerte haben. Dies führt also dazu, dass ein Relais falsch arbeitet.
• Der Aufbau eines Spannungsausgleichsrelais wird komplex, um den perfekten Ausgleich zwischen Stromwandlern zu erreichen.
• Der Schutz dieses Relais kann für kürzere Leitungen effektiv genutzt werden.

Anwendungen

Die Anwendungen des Differentialrelais umfassen die folgenden.

• Dieses Relais wird sehr häufig zum Schutz von Generatoren und Transformatoren vor lokalisierten Fehlern verwendet.
• Normalerweise werden diese Relais hauptsächlich zum Schutz der Geräte vor internen Fehlern verwendet. Der Merz-Preisschutz ist also eine Art Differentialrelais, das verwendet wird, um die Statorwicklung der Lichtmaschine vor inneren Fehlern zu schützen.
• Diese Art von Relais schützt die Wicklung eines Transformators.
• Diese eignen sich perfekt zum Schutz von kompakten Gegenständen und auch von Stromversorgungsanlagen wie Sammelschienen, Generatoren, Drosselspulen, Übertragungsleitungen, Transformatoren, Abzweigen usw.

Hier geht es also um einen Überblick über ein Differential Relais – funktioniert mit Anwendungen. Das Differentialrelais sollte mindestens zwei oder mehr ähnliche elektrische Größen haben. Diese Größen sollten eine Phasenverschiebung für den Relaisbetrieb enthalten. Hier ist eine Frage an Sie, was ist die Funktion eines Relais?