Harmonic effects on electromechanical overcurrent relays

Abstract

The electromechanical overcurrent protection relays are designed to operate with sinusoidal current. The operation of protective relay with harmonic currents is not reliable. The literature on harmonics and relays covers mostly the theoretical studies. In this paper, the harmonic effects on operation of electromechanical inverse time overcurrent relay (ITOCR) were examined. Not common in existing studies, the behaviour of ITOCR was analysed with laboratory experiments for distorted waveforms. A type of induction disc relay was used as an electromechanical ITOCR in the experiments. The non-sinusoidal load currents that consist of different harmonic spectra were applied to ITOCR and these nonlinear-load currents were processed by a data acquisition card and a harmonic analysis programme in the computer environment. According to the experiment results, the pick up current and the operating time of the ITOCR increase proportionally to the total harmonic distortion (THD) value of the non-sinusoidal current. It is concluded that, this type of relay cannot protect the system reliably due to the harmonic components of current.

Elektromekanik aşırı akım koruma röleleri sinüsoidal akım altında çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bu rölelerin harmonikli akımda çalışmaları güvenilir değildir. Literatürde harmonikler ve rölelerle ilgili pek çok teorik çalışma bulunmaktadır. Bu makalede, harmoniklerin elektromekanik ters zamanlı aşırı akım rölesinin (TZAAR) çalışmasına etkileri incelenmiş ve TZAAR’nin bozulmuş dalga şekilleri için davranışı deneysel çalışma ile analiz edilmiştir. Deneyde, elektromekanik TZAAR olarak, indüksiyon disk yapısında bir röle kullanılmıştır. Değişik harmonik spektrumlara sahip, sinüsoidal olmayan yük akımları TZAAR’a uygulanmış ve bu yük akımları data toplama kartı ve harmonik analiz programı ile bilgisayar ortamında işlenmiştir. Deney sonuçları gözönüne alındığında, TZAAR’ın çalışma akımı ve çalışma zamanının, sinüsoidal olmayan akımın toplam harmonik distorsiyonu (THD) ile orantılı olarak arttığı görülmüştür. Bu yapıda olan bir rolenin, akımın harmonik içermesi durumunda sistemi güvenli bir şekilde koruyamayacağı sonucu elde edilmiştir.