Name: differential relay protection in power systems
Uploaded: 2024-11-21T14:54:35.000Z
Duration: 1 min 20 s
Channel: JoVE

Дифференциальные реле защищают генераторы, шины и трансформаторы.
В безотказном генераторе идентичные трансформаторы тока поддерживают реле в неактивном состоянии, так как ток не протекает через рабочую катушку реле.
Внутреннее замыкание, такое как короткое замыкание между фазами и землей или между фазами, нарушает этот баланс, вызывая дифференциальный ток и потенциально вызывая срабатывание реле.
Электромеханические дифференциальные реле, как и реле балансирной балки, работают, когда сила одной стороны превышает другую. Поскольку не бывает двух одинаковых трансформаторов тока, при внешних замыканиях могут возникать значительные дифференциальные токи, даже при равных токах.
Для защиты шины в каждой фазе используется дифференциальное реле. Если один из них активируется, все трехфазные автоматические выключатели, подключенные к шине, размыкаются.
Если между трансформаторами тока нет внутреннего замыкания, ток дифференциального реле остается нулевым. Однако при неисправности шины возникает ненулевой дифференциальный ток, вызывающий срабатывание реле.
Трансформаторы мощностью более 10 МВА используют дифференциальные реле для защиты.
Существуют специализированные приспособления для многообмоточных трансформаторов и трансформаторов с регулированием напряжения.

Дифференциальные реле

Differential Relays

Дифференциальные реле используются для защиты генераторов, шин и трансформаторов путём сравнения электрических величин в разных точках. При возникновении неисправности разница в токе между двумя точками запускает срабатывание реле, размыкая автоматический выключатель. В нормальных условиях ток, входящий (i_1) и выходящий (i_2) из ​​генератора, равен. Однако при возникновении неисправности эти токи становятся неравными, и разностный ток протекает в рабочей катушке реле, заставляя реле срабатывать. Электромеханическое дифференциальное реле, известное как реле балансира, работает на основе сравнения электромагнитных сил, создаваемых дифференциальным током. Реле срабатывает, когда сила на рабочей катушке превышает сдерживающую силу. Условие срабатывания реле задаётся следующим образом:

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16167/16167_PT_Equation1.svg" style="height: 30px;">

Защита шины достигается с помощью дифференциальных реле для обнаружения неисправностей в зоне шины. Реле срабатывает, когда сумма токов, входящих и исходящих из шины, не равна нулю, что указывает на неисправность.

Дифференциальная защита трансформаторов более сложна из-за наличия различных обмоток и коэффициентов трансформации. Когда трансформатор работает в нормальных условиях без внутренней неисправности, первичные и вторичные токи, отрегулированные соответствующими коэффициентами трансформаторов тока (ТТ), должны быть сбалансированы. Но в случае внутренней неисправности дифференциальный ток протекает через рабочую катушку реле, вызывая его срабатывание.

Для трехфазных трансформаторов ТТ должны быть подключены правильно, чтобы учесть сдвиги фаз, вызванные обмотками трансформатора. Это гарантирует, что вторичные токи находятся в фазе, предотвращая неправильную работу реле. Для трансформаторов Y-Δ ТТ на стороне Y должны быть подключены в Δ, а ТТ на стороне Δ должны быть подключены в Y.

Методы дифференциальной защиты адаптированы для различных конфигураций трансформаторов, включая многообмоточные трансформаторы, трансформаторы с регулированием фазового угла и трансформаторы со специальными соединениями.

Дифференциальные реле защищают генераторы, шины и трансформаторы.
В безотказном генераторе идентичные трансформаторы тока держат реле в неактивном состоянии, так как ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Электротехника

Unit 1

Раздел 1

System Protection

Защита системы

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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 called a balance beam relay. It works by comparing the electromagnetic forces created by the differential current. The relay trips when the force on the operating coil becomes greater than the restraining force. This same basic idea is used to protect bus zones. For bus protection, the relay operates when the total current entering and leaving the bus is not zero, which signals a fault inside the bus area.

Differential protection is more complex for transformers because they have different windings and turn ratios. Under normal operation, with no internal fault, the primary and secondary currents should balance after they are adjusted for their current transformer, or CT, ratios. If an internal fault occurs, differential current flows through the relay operating coil and causes a trip.

Three-phase transformers also require the CTs to be connected correctly to match phase shifts caused by the windings. This keeps the secondary currents in phase and helps prevent unwanted relay operation. For Y-Δ transformers, the CTs on the Y side should be connected in Δ, and the CTs on the Δ side should be connected in Y. These protection methods have also been adapted for multi-winding transformers, phase-angle regulating transformers, and transformers with special connections.

Differential Relay Protection in Power Systems

differential-relay-protection-in-power-systems

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 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...

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 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 differential relays protect generators, buses, and transformers by sensing current imbalance and tripping during faults, with CT connection details.

Differential Relay Protection in Power Systems | 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

Differential Relay Protection in Power Systems

Description

Transcript