Kort reläskyddshistoria
Reläskyddets utveckling går tillbaka ända till första halvan av 1800-talet. I en rapport från den Franska vetenskapsakademin beskrev fransmanen Breguet utseendet på tunna ledare nära telegrafstationer efter ett åsknedslag. Han såg att de tunna ledarna hade upplösts efter åsknedslaget endast lämnat spår av vad som en gång funnits där.
Breguets rapport, daterad den 3:e maj, 1847, uppgav att "... för att skydda apparater och särskilt för att skydda de anställda i stationen rekommenderar jag användningen av elektriska ledare, 3-4 mm i diameter, gjorda av järn och vilka placeras 5-6 m från apparaterna." Rapporten fortsatte, "Vi ansluter trådar av större diameter med samma metalliska beteende till de tunnare ledarna. Detta gör att endast den mängd ström som kan flytta genom den tunna tråden som kan föras vidare till stationerna. Vid en felström kommer trådsäkringen att bryta strömmen utanför byggnaden, inte inne." Breguet rapport anses innebära smältsäkringens födelse.
I de distributionsnät föreslagna av Edison och hans företag för elektriskta belysningssystem användes smältsäkringar. På 1880-talet användes remsor av bly i säkringen (”Edison Lead Switch”)
Det kommunala energibolaget i Hannover har ett av första dokumenterade tillfälle där färgkoder införts för identifiering av säkringar, år 1910. Energibolaget hade specificerat hur säkringar skulle användas på varje ledning i deras system för att uppnå selektivitet. I ett försök att göra det enklare att komma ihåg säkringssorlekarna använde myndigheterna i Hannover färgkoder baserade på färgen på frimärken utfärdade av det tyska postverket.
Figur 1. Säkringsfärger baserade på frimärken
År 1904 föreslogs idén om tidsfördröjda självåterkopplande säkringar. Denna teknik används ofta i dag i mellan- och högspänningsnät och kallas automatisk återinkoppling eller återinkoppling.
Den första reläet för skyddsändamål föreslogs av Lewis B. Stillwell år 1900 dess tillämpning var dock begränsad eftersom det inte fanns några tillförlitliga brytare för att bryta av kortslutningsströmmar vid den tidpunkten.
Figur 2. Lewis B. Stillwell
I början på 1900-talet utvecklade ASEA överstömsenheter inbyggda i högspänningsbrytare. Det första överstömsskyddet från ASEA med inverttid-karakteristik kom 1905.
Ett av de tidigaste kända längsdifferential- respektive distansskydd är från England år 1912 och ett Tyskland år 1921. [4]
RI-reläet som fortfarande är vanligt förekommande i anläggningar utvecklades 1918 och är ett så kallat elektromekaniskt relä. Tillverkningen upphörde först så sent som 1985. RI-relät bygger i korthet på att en ström som passerar en spole lindad runt en järnkärna alstrar en kraft som är proportionell mot strömmen i kvadrat. Genom att kombinera flera spolar som matas av olika strömmar samt genom att använda rörliga spolar kan man med elektromekaniska komponenter även konstruera riktade skydd, differential skydd och distansskydd. Under 20-talet introducerades flera olika nya reläer som känsliga jordfelsskydd, diffrentialskydd, frekvensskydd, termiska skydd, tidur m.m.
Fig 3. ASEA, RI-relä, (utan skyddskåpa)
Den första harmoniseringen av symboler gjordes 1928 och tio år senare kom den första internationella elektrotekniska ordlistan (Electrotechnical Vocabulary, IEV) som offentliggjordes av International Electrotechnical Commission ( IEC ). [4]
På 1930-talet introducerades första plug-in-systemet vilket kallades RR.
Första distansskyddet, RYZK, från ASEA introducerades på 1940-talet och slutade tillverkas 1985.
Eftersom energin till reläskydden tas från mätstorheterna fås en hög effektförbrukning som kan uppgå till 10VA per fas. Elektromekaniska skydd har oftast dåliga återgångsvärden, funktionstiden är lång och kan variera väldigt mycket. För att minska effektförbrukningen kan separata tidreläer användas.
I mitten av 1960-talet började statiska reläskydd utvecklas med hjälp av elektronik som transistorer och dioder. Utvärderingen av mätstorheterna sker fortfarande i analog form men transformeras ner på en nivå där elektroniken kan behandla dem. I alla statiska reläskydd måste ingången separeras galvaniskt från mättransformatorerna för att skydda elektroniken från skadliga transienter. Den statiska teknologin möjliggjorde nya funktioner och lägre effektförbrukning, mindre utrymmeskrav och bättre långtidsstabilitet.
På 1960-talet introducerades även det nya plug-in-systemet Combiflex, vilket ersatte det gamla RR-systemet. Både elektromekaniska, statiska, och numeriska skydd har implementerats under årens lopp.
Exempel på statiska skydd RACIC (ledningsskydd), RAZOA (distansskydd), RADSS.
Utvecklingen av mikroprocessortekniken gjorde att de numeriska skydden ersätta de statiska på 1980-talet. Till att börja med kom hybrider där mikroprocessortekniken fördes in i de statiska skydden, t.ex. RACID och RACIF.
Fig 4. ASEA, RACIB, monterat på ASEA COMBIFLEX-system
I de numeriska skydden omvandlas den analoga signalen via en A/D omvandlare till ett rent siffervärde i form av binär kod genom att mätvärdet samplas med en samplingsfrekvens på ca 10-40 ggr per period. Den numeriska tekniken med mikroprocessorer har möjliggjort en större intergering där de funktioner som tidigare krävde ett flertal reläskåp nu ryms i en liten låda.
Idag finns det flera tillverkare av reläskydd så som ABB, Siemens, Schneider, VAMP mfl.
Fig 5 och 6. Siemens och ABB skydd för linjefack
Referenser
[1] Elkraftsystem 1, Liber, 1997
[2] Kurslit SIFU Reläskyddskurs 2005
[3] 100 years of relay protection, the Swedish ABB relay history, ABB
[4] PAC-World summer 2007
Figur 2. Wikipedia
Figur 3 och 4 från gamla ASEA manualer
Figur 5, http://w3.siemens.com/smartgrid/global/en/products-systems-solutions/Protection/overcurrent-feeder-protection/Pages/7SJ62.aspx
Figur 6, abbmvit.blogspot.se/2013_01_01_archive.html
