繼電器

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繼電器(Relay)

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什麼是繼電器[1]

  繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路),通常應用於自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“斷路器”,故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

  繼電器是指當輸入量(或激勵量)滿足某些規定的條件時,能在一個或多個電器輸出電路中產生躍變的一種器件。

  繼電器輸入量和輸出量之間在整個變化過程中的相互關係成為繼電器的繼電特征或控制特征。用算表示輸入迴路量,Y表示輸出迴路的輸出量,如圖所示。

  Image:图继电器的继电特性.jpg

  當輸入量算連續變化到一定量xa時,輸出量Y發生躍變,由0增加到Ya值,這時輸入量繼續增加時,輸出保持不變。相反,當輸入量減少到xb時,Y又突然由Ya減少到0。xa被稱為繼電器的動作值,xb被稱為繼電器的釋放值,Ya即是繼電器的負載。

繼電器類型[2]

  根據電力系統保護應用的目的,可以將繼電器分為以下幾類:

  (1)過電流繼電器(簡稱過流繼電器)。當電流超過設定值時,繼電器將會動作或者閉合觸點。

  過流繼電器可以速斷或者無人為的時間延遲。下圖是不同反時限繼電器的運行特性。註意到,繼電器的反時限特性是指電流越大,動作的時間就越短。過流繼電器是所有繼電保護裝置中最簡單的一類,因為它只有電流這一個變數來決定繼電器的動作。雖然看起來很簡單,但是很多不同的繼電器特性就是在時問和電流兩個變數的基礎上發展起來的。在實際應用中,通常根據實際情況及和其他裝置(熔斷器或者繼電器)之間協調動作的需要來選擇合適的繼電器。

  Image:不同反时限继电器的运行特性.jpg

  過流繼電器沒有考慮方向性,其測量的電流不能指出電流的方向,因此還需要其他變數來明確電流的極性,即給測量電流提供一個參考方向。有時候可以利用功率表同時測量線路電壓和電流來確定功率的流向。

  過電流繼電器可以應用在輻射狀配電網保護中,輻射狀線路中的電流的方向總是已知的。在這種情況下,繼電器須和許多裝置(包括熔斷器、電路重合開關等)協調工作。具有最快反時限特性的繼電器特性和熔斷器的時問——電流特性不同,因此這種類型的繼電器通常用於有熔斷器保護的支路和負荷中心的配電饋線中。在另一極端情況下,當系統運行條件在最大值和最小值之間大範圍變化,從而造成故障電流也變化時,可選用定時限一過流繼電器。由於這種繼電器在一個相當寬的範圍內的繼電時問近似於一個常數,因此可以和其他類型的繼電器配合工作來滿足特定的需要。例如,和快速反時限型的繼電器配合可以得到清除大故障電流時的高速度,因為這時可以利用定時限一過流繼電器來限定在低電流範圍內的時間特性。

  在最快反時限繼電器和定時限過流繼電器這兩個極端之間的是普通反時限特性繼電器。這種特性的繼電器通常可以用於諸如隨著離電源側的距離增加可用故障電流減小的輻射狀配電系統中的。

  (2)差動繼電器。是指設計或者使用繼電器時根據保護裝置的輸入量和輸出量的差值來決定動作的繼電器。

  圖是差動繼電器在母線、發電機變壓器的保護中的典型應用情況。

  (3)方向繼電器。根據電流與其他電流或參考電壓的相對相位角來動作的繼電器。例如,在下圖所示的高壓輸電線路末端的繼電器可以使用方向繼電器。因為在這種電路中故障電流是從兩端的發電機流出,知道電流的方向可以幫助設計一個具有選擇性的和高可靠性的保護方案。

  Image:典型的电力系统保护区域图.jpg

  (4)距離繼電器。這個專業術語是指這類繼電器的輸入量基本上是繼電器安裝地和故障點之間距離的函數。距離繼電器可以用來反應電流、電壓、和電流電壓問的相位角差。通過這些量可以計算出輸入繼電器的與離故障地點距離成正比的阻抗。發電機差動保護

  通常在R-X復平面上利用阻抗表示距離繼電器的特性,如下圖1和圖2所示。

  Image:图1距离继电器的通用动作特性.jpg

  Image:图2具有内在方向性的距离继电器通用动作特性.jpg

  註意,可以設計出如圖2所示的具有方向性的距離繼電器。

  通道保護是指通過一個通信通道來比較線路終端電量的一種線路保護形式。通道繼電器也常以實際應用的通信媒介來命名,如雙絞線通道、載波、微波、光纖保護系統。下圖是一個電力線載波控制系統佈置圖。通信信號通過耦合電容或者cVT作為高頻載波和電力線相耦合。耦合電容對於電力線路的頻率來說是高阻抗,但對於通信頻率載波而言是短接的。混合線圈(HYB)被用作電子裝置和CVT之間的阻抗匹配。PLC也是一種常見的傳輸線路繼電器的控制方案。和僅限於獲取當地信息的保護相比,通道保護提供了關於所觀察的擾動的更多的信息,因為它是從線路的兩個終端發來的信息相比較來得到故障的地點。

  Image:图含方向比较的电力载波继电器系统.jpg

  繼電器通常也可根據它們物理構造來分類。因此,可以把繼電器分為機電繼電器、靜態繼電器、數字繼電器等。

參考文獻

  1. 李英姿.低壓電器應用技術.機械工業出版社,2009.08.
  2. (美)P.M.Anderson.電力系統保護.中國電力出版社,2009.12.
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