26-12-2019, 10:45 PM
در یک پست فشار قوی باید تجهیزاتی وجود داشته باشد که وسایل را در صورت وقوع خطا و به وقوع پیوستن اتصالی در شبکه مورد حفاظت قرار دهد و از آسیب رساندن به تجهیزات جلوگیری کند، وظیفۀ این حفاظت را دستگاهی به نام رله انجام می دهد. رله دستگاهی است که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مثل ولت و جریان و یا کمیت فیزیکی مثل درجۀ حرارت و حرکت روغن تحریک شده و باعث عمل کردن دستگاهی می شود. رله وسیله ای است که با اندازه گیری کمیتهای مختلف و یا دریافت یک سیگنال الکتریکی تغییرات از پیش تعیین شده ای را در سیستم قدرت به وجود می آورد رله های حفاظتی همیشه همراه یک کلید مدار شکن (بریکر) می باشند، در هنگام بوجود آمدن شرایط غیر عادی رلۀ حفاظتی دستوری مبنی بر باز شدن یک یا چند مدار شکن را صادر می کند در نتیجه قسمت خطادار از یستم اصلی جدا شده تا تعداد مصرف کننده هایی که دچار خاموشی می شوند به حداقل ممکن کاهش یابند. رله های حفاظتی که معمولاً در پست های فشار قوی به کار می روند عبارتند از:
رلۀ دیستانس، رلۀ دیفرانسیل، رلۀ اورکارنت، رلۀ اتصال زمین. که در قسمت ذیل اشاراتی به آنها می کنیم.
رلۀ دیستانس:
رله های دیستانس برای حفاظت خطوط انتقال بکار می روند و از آنجا که فاصلۀ عیب را با اندازه گیری امپدانس مشخص می کنند، بدین نام مشهور شده اند. این سیستم یک سیستم حفاظتی غیر واحد بوده و دارای مزایای فنی و اقتصادی زیادی است و سرعت بالایی را یه خود اختصاص می دهد، از این نوع حفاظت می توان به عنوان حفاظت اصلی استفاده کرد. به طور کلی وقتی اتصالی در شبکه رخ می دهد اینگونه رله ها نقش حفاظتی خط و تعیین فاصلۀ اتصالی تا رله را به عهده دارند. با توجه به اینکه امپدانس یک خط انتقال با طول آن متناسب است و در صورت اندازه گیری فاصله تا محل خطا می توان امپدانس خط را اندازه گیری کرد رله ای که برا ین اساس طراحی شده رلۀ دیستانس یا فاصله نامیده می شود. اصل اساسی در اندازه گیری امپدانس مقایسۀ جریان خطاست با ولتاژی که در نقطۀ رله می باشد اگر نسبت V/I بزرگتر از امپدانس باشد رله عمل می کند، رله های دیستانس بر اساس سیگنالهای ورودی و مقایسۀ آنها دسته بندی می شوند. نمونۀ ساده رلۀ دیستانس اندازۀ دامنه یا فاز ورودی است، در هنگام خطا هنگامیکه اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به 90 درجه نزدیک می شود شکل موج به وجود می آید به دلیل وجود شکل موج گذرا مقادیر ولتاژ و جریان به درستی اندازه گیری نمی شوند.
اصول کار رله های دیستانس:
رله های دیستانس صرفنظر از انواع مختلف آنها بر مبنای اندازه گیری فاصلۀ الکتریکی رله تا محل خطا کار می کنند. در مواقعی که حداقل جریان خطا قابل مقایسه با جریان بار باشد، این رله ها کاربرد وسیعی پیدا می کنند و این از آنجا ناشی می شود که رله های دیستانس به جریان حساس نیستند، بلکه امپدانس ظاهری تا محل خطا را می سنجند. رله های دیستانس دارای یک امپدانس داخلی بنام امپدانس تنظیم رله می باشند. این امپدانس( ) برابر امپدانس قسمتی از خط است که رله باید آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.
ساختمان رلۀ دیستانس
این رله با دوعنصر ولتاژ و جریان سر و کار دارد و نسبت این دو پارامتر را می سنجد. یعنی در اصل از دو ترانس ولتاژ و جریان تشکیل شده است به طور کلی می توان گفت که یک رلۀ دیستانس از قسمتهای زیر تشکیل شده است:
1) عضو تحریک کننده 2) عضو سنجی رله دیستانس 3) عضو جهت یاب4) تعداد زیادی رلۀ کمکی
طرز کار بدین صورت است که از سیم پیچ عمل کننده جریانی متناسب با جریان اتصال کوتاه می گذرد و هنگامیکه جریان خطا به یک آستانه رسید، این سیم پیچ تحریک شده و کنتاکتهای مربوطه را به هم وصل می کند در نتیجه رله عمل می کند و مدار را قطع می کند و در ضمن سیم پیچی که سیم پیچی باز دارنده نام دارد نیروی مقاوم یا نیروی باز دارنده را تولید می کند و باعث تولید گشتاور در خلاف جهت گشتاور حاصل از سیم پیچ عمل کننده می گردد. لذا هر چه ولتاژ بیشتر باشد یا نقطۀ اتصال کوتاه از رله دورتر باشد نیروی سیم پیچ بازدارنده بیشتر شده و در اصل مقاومت ظاهری خط تا نقطۀ اتصالی بیشتر می شود. به طور کلی در یک رلۀ دیستانس از یک تحریک جریان زیاد و یک تحریک ولتاژ کم و در نتیجه از تحریک توسط امپدانس کم استفاده می شود . در تحریک توسط جریان زیاد از یک رله جریان زیاد که برای 8/0 تا 2 برابر جریان نامی ترانسفورماتور جریان قابل تنظیم است، استفاده می شود و می توان با توجه به نوع شبکه، در مواقعی که نقطۀ صفر ستارۀ آن ایزوله باشد، از دو رله استفاده کرد. در مواقعی که شبکه مستقیماً به زمین وصل شده باشد از سه 3 رله استفاده می شود، البته رله سوم، رله اتصال زمین می باشد تحریک توسط رله های جریان زیاد در شبکه هایی قابل استفاده می باشد که حداقل جریان اتصال کوتاه فازی از ماکزیمم جریان کار عادی و نرمال شبکه بیشتر باشد.
رلۀ دیفرانسیل
رلۀ دیفرانسیل برای حفاظت سیستمهای کوتاه مثلاً در داخل نیروگاه و یا پست به علت کوچک بودن امپدانس آن نمی توان از رلۀ دیستانس استفاده کرد. لذا در اینگونه مواقع بیشتر از رلۀ دیفرانسیل استفاده می شود. رلۀ دیفرانسیل بر اساس مقایسۀ جریانها کار می کند و بدینوسیله جریان در ابتدا و انتهای وسیله که باید حفاظت شود، سنجیده شده و با هم مقایسه می شود. این تفاوت جریان در دو طرف محدودۀ حفاظت شده اغلب در اثر اتصال کوتاه یا اتصال زمین بوجود می آید. در صورتی که قبل از اتصالی شدن مسلماً جریانهای دو طرف با هم برابر هستند. این ترانسفورماتورهای جریان باید دارای جریان زگوندر برابر و منحنی مغناطیسی برابر باشند و طوری مخالف یکدیگر بسته شوند که در حالت عادی و نرمال، جریانهای زگوندر همدیگر را خنثی کرده و رله بدون جریان باشد. اگر این برابری جریان در دو طرف محدوده حفاظت شده در اثر یک اتصالی از بین برود، تفاوت جریانهای دو ترانسفورماتور جریان از مدار رله عبور کرده و باعث تحریک آن می شود که مستقیم یا غیر مستقیم سبب قطع کلید شبکه می گردد. رلۀ دیفرانسیل فقط محدودۀ داخل خود را محافظت می نماید و از این جهت از آن بیشتر برای حفاظت ترانسها، ژنراتورها و موتورهای فشار قوی و شین ها استفاده می شود و چون از اول و انتهای محدودۀ حفاظت شده باید سیم های سنجش به محل رله کشیده شود لذا این روش در حفاظت سیستمهای انتقال انرژی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای رلۀ دیفرانسیل معمولاً از رلۀ جریان ساده استفاده می شود و جریانی که رله را به کار می اندازد برابر با تفاوت جریانهای زگوندر ترانسفورماتور می باشد . ولی از آنجا که منحنی مغناطیسی ترانسفورماتورهای جریان دو طرف محدودۀ حفاظت شده، مخصوصاً در موقع عبور جریان اتصال کوتاه که خیلی بزرگتر از جریان نامی ترانسفورماتور جریان می باشد با هم برابر نیستند، اغلب اتفاق می افتد که رلۀ دیفرانسیل در اثر اتصال کوتاه خارج از محدوده حفاظت شده عمل نماید. برای رفع این عیب باید رلۀ دیفرانسیل در مقابل هر خطایی که در خارج از محدوده حفاظت شده اتفاق می افتد بی اعتنا باشد. این گونه رلۀ دیفرانسیل را رلۀ پایدار می نامیم . برای تعیین اتصال دو فاز داخلی و حفاظت ژنراتور در مقابل اثرات نامطلوب آن از همه مناسبتر رلۀ دیفرانسیل می باشد. رلۀ دیفرانسیل را نباید خیلی دقیق تنظیم نمود زیرا دقت زیاد باعث قطع بی موقع رله می شود . از این جهت رلۀ دیفرانسیل عادی را عادی را معمولاً طوری تنظیم می کنند که اگر تفاوت جریان برابر با 10 تا 20 درصد جریان شد، رله عمل می کند، در صورتیکه نخواسته باشیم دقت و حساسیت رلۀ دیفرانسیل را کوچک کنیم، باید از رلۀ دیفرانسیل پایدار استفاده کنیم . برای حفاظت اتصال دو فاز ژنراتوری که در حالت خیلی استثنائی سیم پیچی استاتور آن به صورت مثلث بسته شده است، باید سیم پیچی زگوندر ترانسفورماتورهای یک طرف ژنراتور را نیز به صورت مثلث وصل کرد زیرا همانطور که می دانیم اولاً جریان در سیمهای خروجی ژنراتور3 برابر جریان داخلی ژنراتور می باشد و در ثانی این دو جریان نسبت به هم 30 درجه اختلاف فاز دارند و چون ترانسفورماتورهای جریان یک طرف ژنراتور در شاخۀ مثلث قرار می گیرد، اگر نسبت تبدیل ترانسفورماتور 3 باشد و طرف زگوندر آن را به صورت مثلث ببندیم، جریانهای خروجی ترانسفورماتورهای جریان 3 برابر بزرگتر خواهد شد و در این صورت می توان از 6 ترانسفورماتور با نسبت تبدیل برابر استفاده کرد . در اتصال واحد ژنراتورها می توان فقط از یک رله دیفرانسیل استفاده کرد و آن را طوری بست که ژنراتور و ترانسفورماتور هر دو در مقابل اتصال دو فاز حفاظت شوند. در این حالت باید نسبت تبدیل ترانسفورماتورها را نیز در نظر گرفت و در ضمن نوع اتصال ترانسفورماتورهای قدرت در انتخاب ترانسفورماتورهای جریان موثر می باشد. اتصال کوتاه در استاتور ژنراتور در مرحاه های ابتدایی و اولیه سبب خراب شدن و سوزاندن آهن دندانه های استاتور نیز می گردد . از رله دیفرانسیل می توان برای حفاظت بعضی از خطوط انتقال انرژی بکار برده می شود و به دو دسته طولی برای سیم های ساده و عرضی برای سیمهای موازی تقسیم می شود . این طریقۀ حفاظت به جهت اینکه فقط خطای موجود در محدودۀ خود را تعیین می کند و نمی تواند حتی به عنوان رزرو، حفاظت قسمتهای دیگر شبکه را به عهده بگیرد نسبت به رله های دیگر مثل رله جریان زیاد زمانی و رله دیستانس در درجه دوم اهمیت قرار دارد. از این جهت هیچ گاه سیمی را فقط با روش مقایسه حفاظت نمی کنند بلکه همیشه این روش حفاظتی در کنار رله جریان زیاد و نرمالی و یا رله دیستانس در شبکه بکار برده می شود. از این روش معمولاً موقعی استفاده می شود که خواسته باشیم قطعه سیم کوتاه یا شین اتصالی شده را در کمترین زمان ممکنه از شبکه خارج کنیم. در ثانی ارزش این روش در حفاظت قطع سیم کوتاه و یا رساناهای با مقاطع بزرگ می باشند زیرا امپدانس چنین قطعه سیمی به قدری کوچک می شود که نمی توان برای حفاظت آن از رله دیستانس استفاده کرد .
رلۀ دیستانس، رلۀ دیفرانسیل، رلۀ اورکارنت، رلۀ اتصال زمین. که در قسمت ذیل اشاراتی به آنها می کنیم.
رلۀ دیستانس:
رله های دیستانس برای حفاظت خطوط انتقال بکار می روند و از آنجا که فاصلۀ عیب را با اندازه گیری امپدانس مشخص می کنند، بدین نام مشهور شده اند. این سیستم یک سیستم حفاظتی غیر واحد بوده و دارای مزایای فنی و اقتصادی زیادی است و سرعت بالایی را یه خود اختصاص می دهد، از این نوع حفاظت می توان به عنوان حفاظت اصلی استفاده کرد. به طور کلی وقتی اتصالی در شبکه رخ می دهد اینگونه رله ها نقش حفاظتی خط و تعیین فاصلۀ اتصالی تا رله را به عهده دارند. با توجه به اینکه امپدانس یک خط انتقال با طول آن متناسب است و در صورت اندازه گیری فاصله تا محل خطا می توان امپدانس خط را اندازه گیری کرد رله ای که برا ین اساس طراحی شده رلۀ دیستانس یا فاصله نامیده می شود. اصل اساسی در اندازه گیری امپدانس مقایسۀ جریان خطاست با ولتاژی که در نقطۀ رله می باشد اگر نسبت V/I بزرگتر از امپدانس باشد رله عمل می کند، رله های دیستانس بر اساس سیگنالهای ورودی و مقایسۀ آنها دسته بندی می شوند. نمونۀ ساده رلۀ دیستانس اندازۀ دامنه یا فاز ورودی است، در هنگام خطا هنگامیکه اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به 90 درجه نزدیک می شود شکل موج به وجود می آید به دلیل وجود شکل موج گذرا مقادیر ولتاژ و جریان به درستی اندازه گیری نمی شوند.
اصول کار رله های دیستانس:
رله های دیستانس صرفنظر از انواع مختلف آنها بر مبنای اندازه گیری فاصلۀ الکتریکی رله تا محل خطا کار می کنند. در مواقعی که حداقل جریان خطا قابل مقایسه با جریان بار باشد، این رله ها کاربرد وسیعی پیدا می کنند و این از آنجا ناشی می شود که رله های دیستانس به جریان حساس نیستند، بلکه امپدانس ظاهری تا محل خطا را می سنجند. رله های دیستانس دارای یک امپدانس داخلی بنام امپدانس تنظیم رله می باشند. این امپدانس( ) برابر امپدانس قسمتی از خط است که رله باید آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.
ساختمان رلۀ دیستانس
این رله با دوعنصر ولتاژ و جریان سر و کار دارد و نسبت این دو پارامتر را می سنجد. یعنی در اصل از دو ترانس ولتاژ و جریان تشکیل شده است به طور کلی می توان گفت که یک رلۀ دیستانس از قسمتهای زیر تشکیل شده است:
1) عضو تحریک کننده 2) عضو سنجی رله دیستانس 3) عضو جهت یاب4) تعداد زیادی رلۀ کمکی
طرز کار بدین صورت است که از سیم پیچ عمل کننده جریانی متناسب با جریان اتصال کوتاه می گذرد و هنگامیکه جریان خطا به یک آستانه رسید، این سیم پیچ تحریک شده و کنتاکتهای مربوطه را به هم وصل می کند در نتیجه رله عمل می کند و مدار را قطع می کند و در ضمن سیم پیچی که سیم پیچی باز دارنده نام دارد نیروی مقاوم یا نیروی باز دارنده را تولید می کند و باعث تولید گشتاور در خلاف جهت گشتاور حاصل از سیم پیچ عمل کننده می گردد. لذا هر چه ولتاژ بیشتر باشد یا نقطۀ اتصال کوتاه از رله دورتر باشد نیروی سیم پیچ بازدارنده بیشتر شده و در اصل مقاومت ظاهری خط تا نقطۀ اتصالی بیشتر می شود. به طور کلی در یک رلۀ دیستانس از یک تحریک جریان زیاد و یک تحریک ولتاژ کم و در نتیجه از تحریک توسط امپدانس کم استفاده می شود . در تحریک توسط جریان زیاد از یک رله جریان زیاد که برای 8/0 تا 2 برابر جریان نامی ترانسفورماتور جریان قابل تنظیم است، استفاده می شود و می توان با توجه به نوع شبکه، در مواقعی که نقطۀ صفر ستارۀ آن ایزوله باشد، از دو رله استفاده کرد. در مواقعی که شبکه مستقیماً به زمین وصل شده باشد از سه 3 رله استفاده می شود، البته رله سوم، رله اتصال زمین می باشد تحریک توسط رله های جریان زیاد در شبکه هایی قابل استفاده می باشد که حداقل جریان اتصال کوتاه فازی از ماکزیمم جریان کار عادی و نرمال شبکه بیشتر باشد.
رلۀ دیفرانسیل
رلۀ دیفرانسیل برای حفاظت سیستمهای کوتاه مثلاً در داخل نیروگاه و یا پست به علت کوچک بودن امپدانس آن نمی توان از رلۀ دیستانس استفاده کرد. لذا در اینگونه مواقع بیشتر از رلۀ دیفرانسیل استفاده می شود. رلۀ دیفرانسیل بر اساس مقایسۀ جریانها کار می کند و بدینوسیله جریان در ابتدا و انتهای وسیله که باید حفاظت شود، سنجیده شده و با هم مقایسه می شود. این تفاوت جریان در دو طرف محدودۀ حفاظت شده اغلب در اثر اتصال کوتاه یا اتصال زمین بوجود می آید. در صورتی که قبل از اتصالی شدن مسلماً جریانهای دو طرف با هم برابر هستند. این ترانسفورماتورهای جریان باید دارای جریان زگوندر برابر و منحنی مغناطیسی برابر باشند و طوری مخالف یکدیگر بسته شوند که در حالت عادی و نرمال، جریانهای زگوندر همدیگر را خنثی کرده و رله بدون جریان باشد. اگر این برابری جریان در دو طرف محدوده حفاظت شده در اثر یک اتصالی از بین برود، تفاوت جریانهای دو ترانسفورماتور جریان از مدار رله عبور کرده و باعث تحریک آن می شود که مستقیم یا غیر مستقیم سبب قطع کلید شبکه می گردد. رلۀ دیفرانسیل فقط محدودۀ داخل خود را محافظت می نماید و از این جهت از آن بیشتر برای حفاظت ترانسها، ژنراتورها و موتورهای فشار قوی و شین ها استفاده می شود و چون از اول و انتهای محدودۀ حفاظت شده باید سیم های سنجش به محل رله کشیده شود لذا این روش در حفاظت سیستمهای انتقال انرژی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای رلۀ دیفرانسیل معمولاً از رلۀ جریان ساده استفاده می شود و جریانی که رله را به کار می اندازد برابر با تفاوت جریانهای زگوندر ترانسفورماتور می باشد . ولی از آنجا که منحنی مغناطیسی ترانسفورماتورهای جریان دو طرف محدودۀ حفاظت شده، مخصوصاً در موقع عبور جریان اتصال کوتاه که خیلی بزرگتر از جریان نامی ترانسفورماتور جریان می باشد با هم برابر نیستند، اغلب اتفاق می افتد که رلۀ دیفرانسیل در اثر اتصال کوتاه خارج از محدوده حفاظت شده عمل نماید. برای رفع این عیب باید رلۀ دیفرانسیل در مقابل هر خطایی که در خارج از محدوده حفاظت شده اتفاق می افتد بی اعتنا باشد. این گونه رلۀ دیفرانسیل را رلۀ پایدار می نامیم . برای تعیین اتصال دو فاز داخلی و حفاظت ژنراتور در مقابل اثرات نامطلوب آن از همه مناسبتر رلۀ دیفرانسیل می باشد. رلۀ دیفرانسیل را نباید خیلی دقیق تنظیم نمود زیرا دقت زیاد باعث قطع بی موقع رله می شود . از این جهت رلۀ دیفرانسیل عادی را عادی را معمولاً طوری تنظیم می کنند که اگر تفاوت جریان برابر با 10 تا 20 درصد جریان شد، رله عمل می کند، در صورتیکه نخواسته باشیم دقت و حساسیت رلۀ دیفرانسیل را کوچک کنیم، باید از رلۀ دیفرانسیل پایدار استفاده کنیم . برای حفاظت اتصال دو فاز ژنراتوری که در حالت خیلی استثنائی سیم پیچی استاتور آن به صورت مثلث بسته شده است، باید سیم پیچی زگوندر ترانسفورماتورهای یک طرف ژنراتور را نیز به صورت مثلث وصل کرد زیرا همانطور که می دانیم اولاً جریان در سیمهای خروجی ژنراتور3 برابر جریان داخلی ژنراتور می باشد و در ثانی این دو جریان نسبت به هم 30 درجه اختلاف فاز دارند و چون ترانسفورماتورهای جریان یک طرف ژنراتور در شاخۀ مثلث قرار می گیرد، اگر نسبت تبدیل ترانسفورماتور 3 باشد و طرف زگوندر آن را به صورت مثلث ببندیم، جریانهای خروجی ترانسفورماتورهای جریان 3 برابر بزرگتر خواهد شد و در این صورت می توان از 6 ترانسفورماتور با نسبت تبدیل برابر استفاده کرد . در اتصال واحد ژنراتورها می توان فقط از یک رله دیفرانسیل استفاده کرد و آن را طوری بست که ژنراتور و ترانسفورماتور هر دو در مقابل اتصال دو فاز حفاظت شوند. در این حالت باید نسبت تبدیل ترانسفورماتورها را نیز در نظر گرفت و در ضمن نوع اتصال ترانسفورماتورهای قدرت در انتخاب ترانسفورماتورهای جریان موثر می باشد. اتصال کوتاه در استاتور ژنراتور در مرحاه های ابتدایی و اولیه سبب خراب شدن و سوزاندن آهن دندانه های استاتور نیز می گردد . از رله دیفرانسیل می توان برای حفاظت بعضی از خطوط انتقال انرژی بکار برده می شود و به دو دسته طولی برای سیم های ساده و عرضی برای سیمهای موازی تقسیم می شود . این طریقۀ حفاظت به جهت اینکه فقط خطای موجود در محدودۀ خود را تعیین می کند و نمی تواند حتی به عنوان رزرو، حفاظت قسمتهای دیگر شبکه را به عهده بگیرد نسبت به رله های دیگر مثل رله جریان زیاد زمانی و رله دیستانس در درجه دوم اهمیت قرار دارد. از این جهت هیچ گاه سیمی را فقط با روش مقایسه حفاظت نمی کنند بلکه همیشه این روش حفاظتی در کنار رله جریان زیاد و نرمالی و یا رله دیستانس در شبکه بکار برده می شود. از این روش معمولاً موقعی استفاده می شود که خواسته باشیم قطعه سیم کوتاه یا شین اتصالی شده را در کمترین زمان ممکنه از شبکه خارج کنیم. در ثانی ارزش این روش در حفاظت قطع سیم کوتاه و یا رساناهای با مقاطع بزرگ می باشند زیرا امپدانس چنین قطعه سیمی به قدری کوچک می شود که نمی توان برای حفاظت آن از رله دیستانس استفاده کرد .