30.5 : Richtungsrelais

Richtungsrelais, die für die Handhabung unidirektionaler Fehlerströme unverzichtbar sind, erhöhen die Sicherheit und Effizienz von Stromsystemen. Bei Stromleitungen, die mit Richtungsrelais ausgestattet sind, führen Fehler hinter dem Stromtransformator (rechts) typischerweise dazu, dass der Fehlerstrom der Sammelschienenspannung um etwa 90 Grad hinterherhinkt, was als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu können Fehler vor dem Stromtransformator (links) dazu führen, dass der Fehlerstrom der Sammelschienenspannung um fast 90 Grad vorauseilt, was als Rückwärtsrichtung bezeichnet wird. Die tatsächliche Phasenverschiebung hängt jedoch von der Systemimpedanz und den spezifischen Fehlerbedingungen ab.

Richtungsrelais verwenden Referenzspannungs- und Stromeingänge, um ihre Auslöse- und Sperrbereiche basierend auf dem Winkel zwischen Strom und Spannung zu definieren. Normalerweise wird die Referenzspannung vom Bus oder der Leiter-Erde-Spannung und der Strom vom Stromtransformator (CT) bezogen. In Verbindung mit einem Überstromrelais aktiviert das Richtungsrelais die Auslösespule des Leistungsschalters nur, wenn der Sekundärstrom des CT den Ansprechwert des Überstromrelais überschreitet und mit der Vorwärtsauslöserichtung übereinstimmt.

Elektromechanische Richtungsrelais funktionieren ähnlich wie Wattstundenzähler. Sie enthalten Spannungs- und Stromspulen sowie ein rotierendes Scheibenelement. Vorwärts gerichtete Fehler erzeugen ein maximales positives Drehmoment auf der rotierenden Scheibe und schließen die Relaiskontakte. Umgekehrt erzeugen Rückwärtsfehler ein maximales negatives Drehmoment, das durch mechanische Anschläge begrenzt wird.

In Zweiquellensystemen lösen Richtungsrelais Koordinationsprobleme und gewährleisten bei Fehlern eine kontinuierliche Versorgung der Lasten. Durch die genaue Unterscheidung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfehlerzuständen ermöglichen Richtungsrelais eine präzise und zuverlässige Fehlerisolierung, wodurch die Systemstabilität aufrechterhalten und Störungen minimiert werden. Moderne digitale Richtungsrelais bieten erweiterte Funktionen wie Selbstüberwachung, Kommunikationsfähigkeiten und präzise Zeitanpassungen, wodurch die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit des Stromnetzschutzes weiter verbessert wird.