Name: directional relays in power system protection
Uploaded: 2024-11-21T14:54:35.000Z
Duration: 1 min 25 s
Channel: JoVE

ממסרים כיווניים, המיועדים לזרמי תקלה חד-כיווניים, משפרים את הבטיחות והיעילות של מערכת החשמל.
בקווי חשמל עם ממסר כיווני, תקלות מימין לשנאי הזרם גורמות לזרם התקלה לפגר את מתח האוטובוס בכמעט 90 מעלות, המכונה הכיוון קדימה. לעומת זאת, תקלות בצד שמאל גורמות לכך שזרם התקלה מוביל את מתח האוטובוס בכמעט 90 מעלות, המכונה הכיוון ההפוך
ממסר כיווני משתמש במתח ייחוס ובכניסות זרם כדי להגדיר את אזורי הנסיעה והחסימה שלו בהתבסס על הזווית בין הזרם למתח.
בסדרות עם ממסר זרם יתר, הממסר הכיווני ממריץ את סליל הנסיעה של המפסק רק כאשר הזרם המשני של השנאי הנוכחי עולה על ערך איסוף ממסר זרם היתר ונמצא בכיוון המעידה קדימה.
ממסרים כיווניים אלקטרומכניים, הפועלים כמו מד ואט-שעה, משתמשים בסלילי מתח וזרם ובאלמנט דיסק מסתובב.
תקלות בכיוון קדימה יוצרות מומנט חיובי מרבי על הדיסק המסתובב, וסוגרות מגעי ממסר, בעוד שתקלות הפוכות מייצרות מומנט שלילי מרבי, מרוסן על ידי עצירות מכניות.
עבור מערכות דו-מקור, ממסרים כיווניים יכולים להתגבר על אתגרי תיאום, ולהבטיח שירות ללא הפרעה לעומסים במהלך תקלות.

ממסרים כיווניים

Directional Relays

<div style="direction: rtl">
ממסרים כיווניים, החיוניים לניהול זרמי תקלה חד-כיווניים, משפרים את הבטיחות והיעילות של מערכות חשמל. בקווי מתח המצוידים בממסרים כיווניים, תקלות במורד הקו (ימינה) של שנאי הזרם גורמות לרוב לזרם התקלה לפגר אחרי מתח הפס בכ-90 מעלות, מה שנקרא 'כיוון קדמי'. לעומת זאת, תקלות במעלה הקו (שמאלה) עשויות לגרום לזרם התקלה להוביל על מתח הפס בכמעט 90 מעלות, מה שנקרא 'כיוון אחורי'. עם זאת, ההיסט הפאזי המדויק תלוי בעכבת המערכת ובתנאי התקלה הספציפיים.
ממסרים כיווניים משתמשים בכניסות מתח וזרם כדי להגדיר את אזורי ההפעלה והחסימה שלהם בהתבסס על הזווית בין הזרם למתח. לרוב, המתח הנדרש נלקח מהפס או מהקו לקרקע, והזרם נמדד על ידי שנאי הזרם (CT). כאשר הממסר הכיווני מחובר לממסר זרם יתר, הוא מפעיל את סליל הפעלת המפסק רק אם הזרם המשני של שנאי הזרם חורג מערך ההפעלה של ממסר הזרם יתר ומתאים לכיוון ההפעלה הקדמי.
ממסרים כיווניים אלקטרומכניים פועלים בדומה למוני וואט-שעה. הם כוללים סלילי מתח וזרם יחד עם אלמנט דיסק מסתובב. תקלות בכיוון קדמי יוצרות מומנט חיובי מקסימלי על הדיסק המסתובב, מה שמביא לסגירת מגעי הממסר. לעומת זאת, תקלות בכיוון אחורי יוצרות מומנט שלילי מקסימלי, אשר נעצר על ידי עצירות מכניות.
במערכות דו-מקוריות, ממסרים כיווניים מטפלים באתגרים של תיאום, ומבטיחים המשכיות באספקת חשמל לעומסים במהלך תקלות. על ידי הבחנה מדויקת בין תנאי תקלה קדמיים לאחוריים, ממסרים כיווניים מאפשרים בידוד תקלות בצורה מדויקת ואמינה, ובכך שומרים על יציבות המערכת ומצמצמים הפרעות. ממסרים כיווניים דיגיטליים מודרניים מציעים תכונות מתקדמות כמו ניטור עצמי, יכולות תקשורת וכיוונון מדויק של זמני תגובה, מה שמשפר עוד יותר את האמינות והיעילות של הגנת מערכת החשמל.
</div>

ממסרים כיווניים, המיועדים לזרמי תקלה חד-כיווניים, משפרים את הבטיחות והיעילות של מערכת החשמל.
על קווי חשמל עם ממסר כיווני, ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

הנדסה חשמלית

Unit 1

יחידה 1

System Protection

הגנת מערכת

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחי מפתח ומושגים

directional relays in power system protection

Directional relays help protect power systems by telling forward faults from reverse faults. They are used when fault current flows mainly in one direction on a line. This makes the relay useful for safe and efficient fault clearing.

On a protected line, a fault downstream, or to the right of the current transformer, usually makes the fault current lag the bus voltage by about 90 degrees. This is called the forward direction. A fault upstream, or to the left, may make the fault current lead the bus voltage by nearly 90 degrees. That is the reverse direction. The exact phase shift can change with system impedance and fault conditions.

These relays compare a reference voltage and a current input to set trip and block zones. The reference voltage is often taken from the bus or from line-to-ground voltage. The current comes from the current transformer, or CT. When a directional relay works with an overcurrent relay, the breaker trip coil operates only if the CT secondary current passes the pickup value and points in the forward-tripping direction.

Electromechanical directional relays work much like watt-hour meters. They use voltage coils, current coils, and a rotating disc. Forward faults create maximum positive torque, which closes the relay contacts. Reverse faults create maximum negative torque, and mechanical stops restrain the disc.

Directional relays are especially important in two-source systems, where coordination can be difficult. They help keep loads in service during faults by isolating only the faulted section. By separating forward from reverse fault conditions, these relays support stable and reliable power system protection. Modern digital directional relays add self-monitoring, communication features, and precise timing adjustments.

Directional Relays in Power System Protection

directional-relays-in-power-system-protection

instrument transformers

Voltage and Current Sensing in Power Grids

Instrument transformers help power substations measure voltage and current safely. They create isolated replicas of electrical signals for measurement and protection. These devices support protective relays and other monitoring equipment that keep power systems stable and reliable. The two main types are voltage transformers, or VTs, and current transformers, or CTs. A voltage transformer reduces the primary voltage to a lower level that relays and measuring devices can use. A current...

overcurrent relays

Relay Settings for Circuit Fault Protection

Overcurrent relays protect circuits by sensing excess current through the secondary side of a current transformer. They are an important part of circuit protection and help keep power systems stable when a fault occurs. Two main relay types are used here: instantaneous and time-delay overcurrent relays. An instantaneous relay trips right away when current rises above the pickup current, which is the preset level that starts the relay. It then energizes the circuit breaker trip coil at once,...

radial system protection

Breaker Coordination in Radial Systems

Breaker coordination in radial systems uses time-delay overcurrent relays to limit load interruption. When a fault happens, the nearest breaker should open first. Upstream breakers stay closed because they are set with longer delays. This lets the fault be isolated while the rest of the system keeps running. If a fault is downstream of the third breaker, only the third breaker should trip. That removes power from the load beyond the fault. The second breaker keeps a longer delay setting, so...

reclosers and fuses

Fault Coordination with Reclosers and Fuses

Fault coordination with reclosers and fuses helps protect radial distribution circuits. A recloser is an automatic switch that interrupts AC power and then closes again on a preset schedule. This brief outage can clear temporary faults on overhead lines, such as those caused by tree limbs or wildlife, and it can improve overall reliability. Reclosers and their ground-level hazards also matter. Contact with a recloser or with a broken energized conductor on the ground can be dangerous. That is...

directional relays

Directional relays help protect power systems by telling forward faults from reverse faults. They are used when fault current flows mainly in one direction on a line. This makes the relay useful for safe and efficient fault clearing. On a protected line, a fault downstream, or to the right of the current transformer, usually makes the fault current lag the bus voltage by about 90 degrees. This is called the forward direction. A fault upstream, or to the left, may make the fault current lead...

zones of protection

Power System Protection Zones

Power system protection zones divide the network into sections so faults can be isolated quickly. These zones can include generators, transformers, buses, transmission lines, distribution lines, and motors. Each zone is shown with closed dashed lines and contains one or more components. Circuit breakers are placed at the borders where protection zones meet. If a fault happens in one zone, the related breakers open and disconnect only that section. A fault in one area, such as a kitchen in the...

line protection with impedance relays

Impedance Relays for Fault Detection

Impedance relays help protect power lines by watching the voltage-to-current ratio on a line. They measure the apparent impedance, which is the electrical opposition the relay sees at that point in the system. This makes them useful when time-delay overcurrent relays are hard to coordinate in complex radial systems and when directional overcurrent relays are difficult to use in multi-source transmission loops. These relays respond strongly during a fault. As current rises and voltage falls,...

differential relays

Differential Relay Protection in Power Systems

Differential relays protect generators, buses, and transformers by comparing currents at different points in a power system. When the currents do not match, the relay detects the difference and opens the circuit breaker. Under normal conditions, the current entering a generator, i1, equals the current leaving it, i2. If a fault occurs, these currents become unequal, and the difference current flows through the relay operating coil to trip the relay. An electromechanical differential relay is...

pilot and numeric relaying

Pilot Relays and Digital Protection

Pilot relays and numeric relays help protect power systems. Pilot relaying is a form of differential protection, which compares electrical quantities at equipment terminals through a communication channel instead of a direct relay link. It is especially useful for transmission lines with terminals far apart, often up to 80 km on 69 to 115 kV lines. Pilot relaying can use several communication channels. Pilot wires are separate electrical circuits that operate at DC, 50 to 60 Hz, or audio...

key terms and concepts

Learn how directional relays distinguish forward and reverse faults, coordinate with overcurrent relays, and improve power system protection.

Directional Relays in Power System Protection | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Directional Relays in Power System Protection

Description

Transcript