۲رله و حفاظت الكتريكي

حفاظت سيستم هاي الكتريكي ابعاد بسيار گسترده اي دارد از حفاظت يك خانه مسكوني گرفته تا حفاظت يك باس بار در يك پست فشار قوي.
بهتر است ابتدا به تقسيم بندي اين موضوع بپردازيم .
الف ) تقسيم بندي حفاظت سيستم هاي الكتريكي در ابعاد مختلف :

 

– حفاظت شبكه هاي فشار ضعيف شامل خطوط توزيع انرژي – ترانسفورمرها – موتورها – خازنها و ساير مصرف كننده ها (تا ۱ كيلو ولت)
حفاظت شبكه هاي فشار متوسط شامل خطوط توزيع و انتقال انرژي – ژنراتورها – موتورهاي فشار متوسط – ترانسفورمرها – خازنها – باس بارهاي پست و .. (۱ كيلو ولت تا ۳۶ كيلوولت)
حفاظت شبكه هاي فشار قوي شامل خطوط انتقال انرژي وخطوط و باس بارهاي پست ها (۳۶ كيلو ولت به بالا)
ب) انواع حفاظت در سيستم هاي الكتريكي
حفاظت خطوط و فيدرها در برابر خطاهاي جرياني مانند اتصال كوتاه – جريان زيا

د – اضافه بار و خطاهاي نشتي جريان (جهت دار و ساده) ….
حفاظت در برابر خطاهاي ولتاژي شامل اضافه ولتاژ- كاهش و ولتاژ – توالي فاز و ….
حفاظت موتورها در برابر اتصال كوتاه – اضافه جريان – اضافه بار – كاهش بار – محدوديت دفعات استارت – ديفرانسيل و…..
حفاظت ژنراتورها در برابر خطاهاي اتصال كوتاه – اضافه جريان – اضافه بار – ديفرانسيل – اضافه جريان وابسته به ولتاژ – افزايش و كاهش فركانس و ….
حفاظت ترانسفورمرها در برابر خطاهاي جرياني مانند اتصال كوتاه – جريان زياد – اضافه بار – ديفرانسيل و خطاهاي فيزيكي ترانسفورمر ها شامل اضافه حرارت سيم پيچ و روغن و سطح روغن و بوخهلتس و ..
حفاظت خازنها در برابر خطاهاي اتصال كوتاه – اضافه بار – اضافه ولتاژ و …..
حفاظت باسبارهاي پست ها در برابر انواع خطاهاي ولتاژي – ديفرانسيل – سنكرون چك و … و ساير حفاظت ها كه جنبه خاص دارند
به طور كلي هر حالت غير عادي كه در عملكرد سيستم به وجود مي آيد، خطا ناميده مي شود. از اين حالت هاي غير عادي مي توان به وقوع اتصال كوتاه، افزايش و يا كاهش بيش از حد ولتاژ، افزايش و يا كاهش بيش از حد فركانس، افزايش حرارت تجهيزات در اثر توان عبوري بيش از حد از آن ها يا اضافه بار،از سنكرون خارج شدن ژنراتورها و … اشاره كرد. اتصال كوتاه ها از مهمترين و پراحتما ل ترين خطاهايي هستند كه در يك شبكه به وجود مي آيد. اين خطاها ممكن است بر اثر برخورد يك يا دو فاز با زمين، اتصال دو يا سه فاز به يكديگر و … به وجود آيند كه در اين حالت جريان زيادي در حدود ۱۰ تا ۱۰۰ برابر جريان عادي، از شبكه عبور مي كند. عبور اين جريان مي تواند اثرات مختلف و زيانباري روي شبكه داشته باشد كه از مهم ترين آن ها مي توان به اثرات حرارتي روي تجهيزات اشاره كرد كه باعث سوختن و آسيب ديدن عايق آن ها مي شود. اين امر ممكن است در زماني در حدود چند ثانيه صورت گيرد. از اين رو رفع خطا در يك سيستم بايد در كوتاهترين زمان ممكن صورت گيرد. براي تشخيص حالت هاي غيرعادي در يك شبكه و ايزوله كردن بخش معيوب از ساير بخش ها از سيستم حفاظت استفاده مي شود. در اغلب موارد خطاهاي به وجود آمده در سيستم قدرت، باعث تغييرات ناخواسته و شديد در اندازه ولتاژ يا جريان مي شوند. از اين رو تقريبا در تمامي خطاها با اندازه گيري ميزان جريان و ولتاژ، مي توان وقوع خطا را تشخيص داد . در سيستم هاي حفاظت و در مرحله اول با استفاده از ترانس هاي ولتاژ و جريان، اندازه ولتاژ و جريان كاهش پيدا كرده تا به ميزان قابل استفاده براي تجهيزات سيستم حفاظت برسد.
از انواع رله ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• رله اضافه بار
• رله اضافه جريان
• رله هاي ولتاژي
• رله خطاي زمين
• رله ديفرانسيل
• رله زمين محدود شده
• رله هاي فركانسي

• رله بر گشت توان
• رله حفاظت در برابر بار نامتقارن
• رله حفاظتي در برابر زمان استارت طولاني
• رله حفاظتي در برابر تعداد استارت مكرر

• رله بوخهلتز
رله اضافه بار
معمولا هر مصرف كننده الكتريكي داراي توان مشخص و نامي است كه توسط سازنده تعيين مي گردد. در صورتي كه توان مصرفي يك مصرف كننده بيشتر از توان نامي آن باشد، اصطلاحا دچار اضافه بار يا Overload مي شود. در اين حالت دستگاه جرياني بيشتر از جريان نامي خود از شبكه ميكشد كه اين امر Overload باعث گرم شدن بيش از حد آن مي شود. به عنوان نمونه در موتورهاي آسنكرون كه بيش از ۹۰ درصد موتورهاي موجود در صنايع را تشكيل مي دهند، بر طبق منحني جريان – سرعت آن ها، چنانچه بر اثر اضافه بار مكانيكي دور موتور كاهش يابد، جريان استاتور افزايش يافته و حتي تا چند برابر جريان اسمي موتور نيز مي رسد. از اين رو شرايط اضافه بار براي موتورها بسيار خطرناك بوده و ميتواند موجب گرم شدن بيش از حد سيم پيچ استاتور و روتور و در نتيجه سوختن آ نها شود.
تجهيزات مختلف مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها و به ويژه الكتروموتورها را معمولا توسط رله هاي Overload كه در استاندارد ANSI با كد شماره ۴۹ مشخص مي شود، حفاظت مي كنند. حرارت ايجاد شده در تجهيزات به ميزان جريان بستگي دارد و از طرفي هر چه جريان اضافه بار بيشتر باشد الكتروموتور زودتر آسيب ميبيند. از اين رو منحني عملكرد جريان-زمان رله هاي Overload از نوع معكوس بوده تا در جريان هاي بيشتر زودتر عمل نموده و عملا از ايجاد گرماي زياد در دستگاه جلوگيري شود. اين منحني عملكرد بايد داراي مشخصات زير باشد:
۱. جريان نامي دستگاه در قسمت سمت چپ خط مجانب عمودي اين منحني قرار گيرد زيرا در غير اينصورت رله در شرايط كار عادي دستگاه نيز عمل خواهد كرد.

۲. در مورد الكتروموتورها، منحني عملكرد مربوطه بايد اجازه راه اندازي الكترو موتور را بدهد. يعني زمان عملكرد رله براساس جريان راه اندازي الكتروموتور از زمان استارت موتور بيشتر باشد. به عنوان مثال چنانچه الكتروموتوري در هنگام راه اندازي ۶ برابر جريان نامي را براي مدت ۴ ثانيه از شبكه م يگيرد، در منحني عملكرد رله حفاظتي، زمان معادل ۶ برابر جريان نامي از ۴ ثانيه بيشتر باشد. معمولاً رله هاي Overload به گونه اي انتخاب م يشوند كه در جريان

ي حدود ۱۱۰ % جريان تنظيمي شروع به زمان گرفتن يا Pick Up كند. در موارد خاص كه الكتروموتور داراي جريان استارت زياد يا زمان را ه اندازي طولاني مي باشد ممكن است از رله ها با منحني هاي عملكرد خاص استفاده شود.
در رله هايOverload اوليه از يك نوار بي متال استفاده شده كه اين نوار در اثر حرارت خم شده و باعث عملكرد كنتاكتهاي مربوطه م يشود. عملكرد اين كنتاكتها موجب ظهور آلارم و يا اعمال تريپ به موتور يا دستگاه مورد نظر م يگردد. امروزه رله هاي Overload را با منحني عملكرد معكوس از طريق مدارهاي الكترونيكي يا Plc شبيه سازي ميكنند. اين رله ها قابليت ارائه چندين منحني را داشته و كاربر با توجه به مشخصه دستگاه مورد حفاظت، قادر به انتخاب منحني مناسب خواهد بود. اين منحني ها را منحني هاي هم خانواده يا Family Curves مي نامند و توسط مختصات يك نقطه كه معمولا ۶ برابر جريان نامي مي باشد مشخص و توسط تنظيم زمان مورد نظر انتخاب ميگردند.
رله اضافه جريان
حفاظت يك شبكه الكتريكي در برابر جريانهاي زياد يكي از اوليه ترين حفاظت ها در شبكه است. بايد توجه داشت كه حفاظت در برابر اضافه جريان با حفاظت در برابر اضافه بار متفاوت است. در اضافه جريان ها كه ناشي از وقوع اتصال كوتاه بين يك يا دو فاز با زمين، اتصال بين دو فاز و … هستند، جريان به مراتب بيشتري نسبت به حالت هاي اضافه بار از شبكه مي گذرد كه اين جريان بايد در كوتا هترين زمان ممكن تشخيص داده شده و قطع شود.
براي حفاظت در برابر اضافه جريا ن از رله Over current كه دراستاندارد ANSI با كد شماره ۵۰ يا ۵۱ مشخص شدهُ استفاده مي شود. كد شماره ۵۰، براي زمان عملكرد لحظه اي و كد ۵۱ براي عملكرد با تأخير زماني است. در حالت عملكرد لحظه اي پس از اين كه جريان از، ميزان تنظيم شده براي رله بيشتر شد، رله آن را تشخيص داده و بلافاصله تر

يپ مي دهد . در عملكرد باتأخير زماني، پس از رسيدن ج

 

ريان به ميزان تنظيم شده، رله پس از مدت زماني كه به ميزان جريان بستگي دارد، دستور تريپ را صادر مي كند. در اين حالت معمولا از منحني هاي معكوس با شكل و شيب متفاوت استفاده ميشود
رله هاي ولتاژي
معمولا تجهيزات مورد استفاده در يك شبكه الكتريكي براي كار در يك ولتاژ مشخصي طراحي شده اند. از
اين رو نبايد ولتاژ اعمالي به آن ها از حد مشخصي كمتر و يا بيشتر شود. محدوده اين تغييرات به نوع
دستگاه بستگي دارد. براي حفاظت شبكه هاي الكتريكي در برابر تغييرات ولتاژ، از دو نوع رله به نام رله Under Voltage و رله Over Voltage استفاده ميشود.
رله Under Voltage براي حفاظت تجهيزاتي كه در اثر افت ولتاژ آسيب مي بينند مانند الكتروموتورها به كار برده مي شود. اين رله معمولا داراي يك تنظيم ولتاژي و يك تنظيم زماني است و در صورت افت ولتاژ شبكه تا حد تنظيم شده و پس ازطي زمان تنظيم شده عمل مي كند. تنظيمات اين رله به نوع وسيله مورد حفاظت بستگي دارد. به عنوان مثال در مورد موتورهاي الكتريكي، تنظيم ولتاژي اين رله در حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد ولتاژ نامي و تنظيم زماني آن در حدود چند ثانيه است.
رله Over voltage براي حفاظت شبكه در برابر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار مي گيرد و معمولا داراي دو تنظيم زماني و ولتاژي است . در صورت افزايش بيش از حد ولتاژ شبكه و رسيدن به حد تنظيم شده، در زمان تنظيم شده عمل مي كنند. تنظيم ولتاژي اين رله در حدود ۱۲۰ درصد ولتاژ نامي و تنظيم زماني آن در حدود چند ثانيه است . اين رله معمولا در خروجي ژنراتورها و روي با س بار اصلي شبكه نصب ميشود.
رله ارت فالت
یکی از عوامل اصلی در بروز خسارات مالی ، صدمات و تلفات جانی به ویژه در منازل مسکونی ، مراکز اداری ، تجاری و مجتمع های صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق میباشد .
بمنظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشتی از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( محافظ جان

) استفاده می شود . این کلیدها که براساس حساسیت خود به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می شوند ، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق ، با جلوگیری از نشتی جریان در حفاظت دستگاه ها و تجهیزات صنعتی نیز موثر می باشند . براین اساس در صورتی که حساسیت کلیدها تا ۳۰ میلی آمپر باشد این کلید به عنوان حفاظت از جان و در صورتی که حساسیت آن بیشتر از ۳۰ میلی آمپر باشد به عنوان حفاظت از تجهیزات صنعتی بکار می رود . اساس کار کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، مقایسه جریان ورودی با جریان خروجی کلید می باشد به طوری که اگر جریان نشتی در مداری که کلید در آن واقع شده است بیشتر از حساسیت کلید باشد کلید عمل کرده و جریان ورودی و در نتیجه مدار را قطع می نماید .
از مزایای دیگر استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی جلوگیری از بروز آتش سوزی در اثر وجود جریان نشتی می باشد . باتوجه به اینکه یم جریان ۵/۰ آمپری می توان باعث بروز آتش سوزی شود ، کلید حفاظت از خط برق گرفتگی با تشخیص جریان نشتی و قطع جریان ورودی ، مانع از بروز آتش سوزی می شود . همچنین از آنجا که در صورت وجود جریان نشتی در بدنه وسائل برقی و یا سیستم سیم کشی ساختمان ، این جریان به مرور زمان یاد می شود و احتمال سوختن وسایل برقی و سیستم سیم کشی ساختمان را به وجود می آورد لذا استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، با توجه به کاهش میزان هدر رفتن انرژی الکتریکی و برق مصرفی . صرفه جوئی اقتصادی و حفظ ثروتهای ملی را نیز در بر خواهد داشت

رله اتصال زمين
ساختمان و طرز كار اين رله ها مانند رله هاي اضافه جريان بوده و وظيفه اصلي اين رله، تشخيص بروز هر گونه اتصالي بين هر كدام از فازها با زمين و يا دو سه فاز با زمين

 

 

 

 

نيز مي باشند
از نظر عملي ، رله هاي اضافه جريان سيستم سه فازه و رله اتصال زمين تواماً به صورت يك سيستم حفاظتي واحد بسته مي شود . رله اتصال زمين اصولاً حساستر از رله هاي اضافه جريان بوده و هر گاه يكي از فازها به زمين اتصال يابد ، رله اتصال زمين همراه با رله اضافه جريان همان فاز عمل مي نمايد . چنانچه مشاهده مي گردد ، براي سه فاز فقط احتياج به يك رله اتصال زمين مي باشد
رله جهتي Directional
بروز اتصالي در جهت جرياني كه مدار جاري مي شود مؤثر مي باشد در بيشتر طراحي ها جهت جريان براي نصب دستگاه رله مي بايست مشخص شود در اين صورت از رله ها ي جهتي استفاده مي شود از نظر ساختمان داخلي و طرز كار ، اين رله به صورتهاي اندوكسيوني و الكترونيكي ، كاربرد فراواني دارد . رله هاي جهتي داراي دو سيم پيچ بوده كه يكي از آنها مانند رله هاي اضافه جريان با شدت جريان ورودي I تحريك شده و سيم پيچ ديگر با ولتاژ مناسبي تحريك مي گردد . اين رله ها از دو قسمت جهت ياب و اضافه جريان تشكيل شده اند و اين بدين معني است كه هر گاه در شبكه تحت حفاظت ، اتصالي رخ دهد ، ابتدا اين رله جهت عبور شدت جريان به محل اتصالي را به وسيله قسمت جهت ياب تشخيص داده و سپس اگر جريان در جهت عملكرد رله باشد و هم چنين از نظر مقدار به اندازه ايي باشد كه بتواند موجب تحريك قسمت اضافه جريان رله گردد ، رله مزبور تحريك شده و فرمان قطع را صادر مي نمايد.

رله دیفرانسیل:
رله دیفرانسیل یا حفاظت اصلی ترانسفورماتور،مقایسه جریان های طرفین آن به عهده داشته وعملکردآن ناشی از عوامل زیر می باشد:
I) اتصالی در داخل تراسفوماتور(نظیر اتصال فاز به بدنه،فازبه فاز،اتصال حلقه ویا اتصال بین سیم پیچ های اوله وثانویه).
II) اتصالی خارج از ترانسفورماتوربراثر عوامل خارجی در محدوده حفاظت رله یعنی بینC.Tهای طرفین.
III) حالت های کاذب ناشی از اشکال در یاC.T مدارات مربوطه.
رله دیفرانسیل دارای ویژگی قطع سریع ،دقت بالاوقدرت تشخیص و تفکیک عیوب واقع شده در محدوده بینC.Tهای دوطرف ترانسفوماتورقدرت می باشد.
لازم بذکر است رله های دیفرانسیل در جریانهای هجومی ترانسفورماتور،عمل نمی نمایدولی برای تشخیص فالت های واقع شده در محدودهC.Tهای دو طرف ترانسفورماتور قدرت همواره بهترین حفاظت،رله دیفرانسیل می باشد.

رله بوخهلتس
اين رله يكي از مهمترين رله هاي حفاظتي ترانسفورماتورهاي قدرت مي باشد ، وظيفه تشخيص بروز هر گونه اتصالي در محفظة داخلي ترانسفورماتور و قطع سريع برق ورودي به آن مي باشد . مي دانيم كه اصولاً ترانسفورماتورهاي قدرت به وسيله مايع مخصوصي مانند روغن عايقكاري و خنك مي شوند . به خاطر سرد و گرم شدن روغن مزبور ظرف انبساطي براي آن در نظر گرفته شده و اين ظرف از طريق لولة رابطي به محفظه داخلي ترانسفورماتور متصل مي باشد .
رله بوخهلس بر روي لولة رابط بين ترانسفورماتور و ظرف انبساط قرار مي گيرد و روغن از اين لوله عبور مي نمايد . بنابراين تمامي محفظه داخلي رله پر از روغن مي باشد . هر گاه هر گونه اتصالي در محفظه داخلي ترانسفورماتور پديد آيد ، در نقطه اتصالي مقداري جرقه و قوس الكتريكي زده مي شود . در نتيجه اين عمل كمي از روغن اطراف محل اتصالي سوخته و توليد حبابهاي گازي شكلي را مي نمايد . اين حبابهاي گازي به طرف قسمت فوقاني ترانسفورماتور حركت نموده و از طريق لوله رابطة به رلة بوخهلس وارد شده و در قسمت فوقاني رله جمع مي گردند . اين رله داراي شناوري مي باشد كه با تجمع حبابهاي گاز ، سطح روغن در رله پايين آمده و همراه با آن شناور نيز به پايين مي آيد.
پايين آمدن شناور باعث بسته شدن كليد الكتريكي رله و تحريك مدار

هشدار و يا قطع مي گردد . در بعضي از مدلهاي اين رله از دو شناور استفاده شده كه شناور بالايي براي تحريك مدار هشدار و شناور پاييني براي فرمان مدار قطع دستگاه مورد حفاظت مي باشد و اگر مقدار جرقه و قوس الكتريكي در محفظه داخلي ترانسفورماتور شديد باشد ، يك موج انفجاري در روغن داخلي ترانسفورماتور به وجود آمده و روغن ترانسفورماتور با سرعت زيادي به رلة بوخلهس وارد مي شود همانطوريكه قبلاً گفته شد، سرعت زياد روغن باعث عملكرد دريچه ورودي رله مي گردد . اين دريچه با شناور پائيني رله هم محور بوده و مستقيماً باعث تحريك مدار قطع مي شود . هر گاه در اثر علت هاي مختلفي از بدنة
ترانسفورماتور مقداري روغن ريزش نمايد ، به مرور زمان سطح روغن در ظرف انبساط كاهش يافته و به رله بوخهلس مي رسد . در رله بوخهلس اگر سطح روغن همچنان كاهش يابد باعث عملكرد و تحريك مدار هشدار و قطع مي گردد . در بعضي موارد مقداري هواي نشتي به رله راه يافته و مانند حبابهاي گاز باعث تحريك رله مي شود
-رله سنكرون چك:
زماني كه دو خط از شبكه بخواهند به يكديگر متصل گردند اين رله رابطه فازي و ولتاژ دو خط را مقايسه نموده و در صورت تطابق (تمايز نبايد بيش از ۱۰% باشد.) اجازه اتصال آنها را مي دهد.
اين رله زماني بكار مي‌رود كه دو يا چند فيدر به يك باس مشترك متصل مي‌گردند. اتصال موفقيت‌آميز دو منبع به يكديگر بستگي به اختلاف دامنه‌هاي ولتاژ طرفين، زاويه‌هاي فاز و فركانسهاي دو منبع در زمان اتصال دارد. رله كنترل سنكرونيزم در صورت نزديك بودن مقادير دو طرف، اجازه اتصال را خواهد داد.
رله سنكرون‌كننده، رله‌اي است كه در رابطه با اتصال ژنراتور به شبكه و يا اتصال دو شبكه مجزا مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين رله سنكرون‌كننده براي كنترل يك يا چند كليد در يك نيروگاه و ارتباط با سيستم كنترل نيز بكار مي‌رود. بر خلاف رله كنترل سنكرونيزم، رله سنكرون‌كننده مي‌تواند فرمان وصل كليد را در نقطه دقيق سنكرونيزم صادر نمايد.
سنكرون‌كردن دستي نيازمند آموزش، استفاده از قدرت تشخيص، تجربه و دقت كافي از طرف اپراتور است. كليدها و ژنراتورها در صورت عدم دقت اپراتور دچار صدمه مي‌شوند. بنابراين فرمان وصل كليد، تنها وقتي كه رله سنكرونيزم اجازه دهد، صادر مي‌گردد.
رله كنترل سنكرونيزم براي نظارت بر اتصال دستي كليد بكار مي‌رود. بنابراين اپراتور مقادير سنكرونيزم را كنترل كرده و بطور دستي فرمان وصل مي‌دهد ولي كنتاكت باز رله

سنكرونيزم كه بصورت سري قرار گرفته است از اتصال جلوگيري مي‌كند. كنتاكت باز رله سنكرونيزم وقتي بسته مي‌شود كه اختلاف زاويه فاز در دو طرف كليد از مقدار مشخص كمتر بوده و همچنين اختلاف ولتاژ بين دو طرف مقدار كمي را دارا باشد.
رله سنكرونيزم به دو طريق مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مي‌توان اين رله را بعنوان ناظر در اتصال دستي ژنراتور به شبكه مورد استفاده قرار داد. طريق ديگر استفاده از رله سنكرونيزم در اتصال اتوماتيك ژنراتور به شبكه است كه در اين حالت علاوه بر اينكه شرايط سنكرونيزم مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد، فرمانهايي از طرف رله سنكرونيزم به سيستمهاي

 

عدم تقارن ولتاژ فازها
رله ولتاژي، عدم تقارن ولتاژ در فازها را در حالت اتصال كوتاه و اشكال در فيوز ثانويه ترانس ولتاژ حس مي‌كند كه اين كار با اندازه‌گيري توالي صفر و منفي ولتاژها انجام مي‌گيرد.
رله عدم تقارن ولتاژ براي ايزوله‌كردن رله‌ها يا وسايلي كه با قطع ولتاژ در يك يا هر سه فاز ثانويه ترانس ولتاژ يا وجود اشكال در فيوز ثانويه ترانس ولتاژ نادرست عمل مي‌كنند، بكار مي‌رود. بعنوان مثال رله ديستانس يا رله سنكرونيزم، در اين صورت فرمان نادرست صادر مي‌كنند. بنابراين زمان قطع رله بالانس ولتاژ بايد بحدي كوچك باشد تا قبل از اينكه رله‌هاي نامبرده باعث قطع كليد شوند، آنها را از مدار خارج كند.
رله‌هاي ولتاژ زياد نيز داراي دو نوع تأخيري و آني هستند. در رله‌هاي ولتاژ زياد آني تنها تنظيم ولتاژ آستانه مطرح است و پس از افزايش ولتاژ از حد مربوطه، رله بلافاصله عمل خواهد كرد.

حفاظتهاي خط :
— حفاظت ديستانس

 

 

رله هاي ديستانس براي حفاظت خطوط انتقال به كار مي روند و از آنجا كه فاصله عيب را با اندازه گيري امپدانس مشخص مي كنند، بدين نام مشهور شده اند. به طور كلي وقتي اتصالي در شبكه رخ مي دهد اينگونه رله ها نقش حفاظتي خط و تعيين فاصله اتصالي تا رله را به عهده دارند. معمولا حفاظت اصلي خطوط انتقال رله هاي ديستانس و حفاظت پشتيبان اين خطوط رله هاي اضافه جريان هستند. دليل اين امر آن است كه زمان عملكرد رله هاي ديستانس بر روي خطي كه رله روي آن است بسيار كم و زمان عملكرد رله جريان زياد نسبتا زياد است.

-اصول كار رله‌هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس صرف نظر از انواع مختلف آنها بر مبناي اندازه گيري فاصله الكتريكي رله تا محل خطا كار مي كنند. در مواقعي كه حداقل جريان خطا قابل مقايسه با جريان بار باشد، اين رله ها كاربرد وسيعي پيدا مي كنند و اين از آنجا ناشي مي شود كه رله هاي ديستانس به جريان حساس نيستند، بلكه امپدانس ظاهري (فاصله الكتريكي) تا محل خطا را مي سنجند. رله هاي ديستانس داراي يك امپدانس داخلي به نام امپدانس تنظيم رله مي باشند. اين امپدانس (Z0) برابر امپدانس قسمتي از خط است كه رله بايد آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.
-ساختمان رله ديستانس:
اين رله با دو عنصر ولتاژ و جريان سروكار دارد و نسبت اين دو پارامتر را مي سنجد. يعني در اصل از دو ترانس ولتاژ و جريان تشكيل شده است. به طور كلي مي توان گفت كه يك رله ديستانس از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
۱- عضو تحريك كننده ۲- عضو سنجشي رله ديستانس (عضو زماني) ۳- عضو جهت ياب ۴- تعداد زيادي رله كمكي
طرز كار بدين صورت است كه از سيم پيچ عمل كننده (شكل ۲ ) جرياني متناسب با جريان اتصال كوتاه مي گذرد و هنگاميكه جريان خطا به يك آستانه رسيد، اين سيم پيچ تحريك شده و كنتاكتهاي مربوطه را به هم وصل مي كند در نتيجه رله عمل كرده و مدار قطع مي گردد و در ضمن سيم پيچي كه سيم پيچي بازدارنده نام دارد نيروي مقاوم يا نيروي بازدارنده را توليد مي كند و باعث توليد گشتاور در خلاف جهت گشتاور حاصل از سيم پيچ عمل كننده مي گردد. لذا هر چه ولتاژ بيشتر باشد يا نقطه اتصال كوتاه از رله دورتر باشد نيروي سيم پيچ بازدارنده بيشتر شده و در اصل مقاومت ظاهري خط تا نقطه اتصالي بيشتر مي شود.
به طور كلي در يك رله ديستانس از يك تحريك جريان زياد و يك تحريك ولتاژ كم و در نتيجه از تحريك توسط امپدانس كم استفاده مي شود. در تحريك توسط جريان زياد از يك رله جريان زياد كه براي ۰٫۸ تا ۲ برابر جريان نامي ترانسفورماتور جريان قابل تنظيم است، استفاده مي شود و مي توان با توجه به نوع شبكه، در مواقعي كه نقطه صفر ستاره آن ايزوله باشد، از دو رله استفاده كرد. در مواقعي كه شبكه مستقيما به زمين وصل شده باشد از

 

ن كار عادي و نرمال شبكه بيشتر باشد. ولي در تحريك توسط امپدانس كم نبايد حداقل جريان اتصال كوتاه از ماكزيمم جريان عادي شبكه بيشتر شود. تحريك كننده امپدانس كم نسبت ولتا‍ژ و جريان را مي سنجد.
-انواع رله هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس با توجه به «امپدانس تنظيم» عمل مي كنند. اين امپدانس مقداري مختلط است در نتيجه داراي دامنه و فاز خواهد بود. با توجه به اين موضوع مي توان محدوده عملكرد رله ها را در صفحه مختلط R-X توسط يك منحني بيان نمود.
يك رله ديستانس با هر نوع منحني مشخصه اي داراي سه ناحيه حفاظتي مي باشد. در ناحيه ۱ معمولا امپدانس معادل ۸۰ % خط اول (خط اصلي) تنظيم مي شود و زمان عملكرد آن خيلي سريع يعني حدود ۰٫۰۱ ثانيه است و به عنوان حفاظت اصلي خط به كار مي رود. علت اينكه كل خط اصلي به عنوان ناحيه اول انتخاب نمي شود آن است كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان به عنوان تنظيم ناحيه اول انتخاب نمي شود آنست كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان يا ولتاژ عملكرد اين رله با رله روي خط بعدي همزمان نباشد.
امپدانس تنظيم ناحيه دوم رله معمولا برابر كل امپدانس خط اصلي به اضافه حدود ۵۰% امپدانس خط بعدي است و زمان عملكرد آن حدود ۰٫۴ ثانيه است. ناحيه سوم رله ديستانس داراي امپدانس تنظيمي برابر كل خط به اضافه كل خط دوم به علاوه حدود ۲۵% خط سوم است. بديهي است زمان عملكرد اين ناحيه حدود ۰٫۸ ثانيه است.
در زير انواع مختلف مشخصه ها را مختصرا ذكر مي كنيم:
۱- رله ديستانس با مشخصه امپدانسي يا تخت
اين رله ساده ترين رله از نظر ساختمان و عملكرد مي باشد. مشخصه اين رله دايره اي است كه مركز آن مبدا مختصات و شعاع آن به اندازه قدر مطلق امپدانس تنظيم آن (ZS) مي باشد. در شكل (۳) مشخصه اين رله نشان داده شده است. در اين شكل زاويه امپدانس خط AB است. اين رله فقط به دامنه امپدانس رله تا محل خطا حساس است و براي خطاهاييكه قدر مطلق امپدانس رله تا آن خطا كمتر از l ZS l باشند صرفنظر از جهت جريان خطا عمل مي كند.
با توجه به شكل رله براي خطاهاي AB (در جهت ديد رله ) و BC (در پشت سر رله) عمل مي نمايد كه اين عملكرد بزرگترين عيب اين رله است زيرا همانند رله هاي غير جهت دار عمل مي كند. از اينرو هماهنگي اين رله ها با يكديگر مشكل و در بعضي موارد غير ممكن است به همين دليل اين رله را هيچگاه به تنهايي مورد استفاده قرار نمي دهند و همواره به همراه رله هاي ديگر كه در ادامه شرح داده مي شود از آن استفاده مي گردد. معادله اين رله عبارت است از Z= l ZS l ؛ اين معادله دايره اي است كه در شكل (۳) نشان داده شده است.
براي آنكه بتوان اين رله را به تنهايي مورد استفاده قرار داد بايد آنرا جهت دار كرد. براي اينكار بايد محدوده عملكرد اين رله را تا حد ممكن در ناحيه اول مختصات قرار دهيم. بهترين زاويه مشخصه المان جهت دار با امپدانس تنظيمي خط مورد حفاظت در حدود ۹۰ درجه مي باشد. شكل (۴) مشخصه رله امپدانسي جهت دار را نشان مي دهد.

معايب اين رله را ميتوان در موارد زير خلاصه نمود:
۱- اين رله جهت خطا را تشخيص نمي دهد و در نتيجه استفاده از يك المان جهت دار در آن ضروري است.
۲- اين رلهع بر اثر مقاومت قوس محل خهطا مي تواند عملكرد اشتباه داشته باشد، زيرا بر اثر مقاومت قوس، بردار امپدانس خطا در روي محور R ها در جهت مثبت كشيده مي شود و با اين كار ممكن است خطا از محدوده عمل اين رله خارج شود.
۳- به علت پوشانده شدن محدوده وسيعي از صفحه

اخل مشخصه عملكرد رله قرار مي گيرد و سبب عملكرد رله مي شود.
۴- رله ديستانس با مشخصه افست مهو
همانطور كه از مشخصه اين رله پيداست، علاوه بر در بر گرفتن خط مورد حفاظت در جهت ديد خود، قسمتي از خط پشت سر خود را نيز مي پوشاند. مشخصه افست (قسمتي كه پشت سر خود را مي بيند) معمولا براي هنگامي استفاده مي شود كه رله مي خواهد پشت سر خود را نيز ببيند و آن وقتي است كه مثلا رله اصلي شينه عمل نكرده است و اين رله به عنوان پشتيبان براي ناحيه پشت سر خود عمل مي كند. بنابراين لازم است فقط ناحيه سوم رله مطابق شكل۸ داراي افست باشد.
۵- رله ديستانس با مشخصه راكتانسي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم موازي با محور افقي است كه داراي راكتانس ثابتي مي باشد و در صورتيكه راكتانس محل وقوع خطا تا رله كمتر از رآكتانس تنظيمي باشد، رله عمل خواهد كرد. به علت وجود مشخصه خاص اين رله فقط حساس به راكتانس بوده و مقاومت خطا روي آن هيچگونه اثري ندارد. رله به صورت معمولي آن براي تمام خطاهاي پشت سر خود و حتي براي شرايط كار نرمال و نوسان قدرت عمل خواهد كرد. در واقع اين رله براي محدود كردن گستره عملكرد رله هاي ديگر نظير رله امپدانسي بكار مي رود. معادله اين رله X=XS=Cte مي باشد؛ X راكتانس امپدانس خطا و XS راكتانس امپدانس تنظيم رله است. منحني مشخصه رله راكتانسي مطابق شكل (۹-۵) مي باشد و تنظيم رله متناسب با راكتانس درصد پوشش خط (XS ) است. در اينجا اگر راكتانس ديده شده به وسيله رله كمتر از XS باشد، رله عمل مي كند و اگر بيشتر از آن باشد، رله عمل نخواهد كرد. همانطور كه از مشخصه اين رله استنباط مي شود افزايش مقاومت ديده شده خطا، تاثيري در عملكرد رله نخواهد داشت. افزايش مقدار مقاومت باعث مي شود كه انتهاي بردار امپدانس، انتقال پيدا كند و در نتيجه باز هم در ناحيه عملكرد رله قرار مي گيرد. به همين دليل اين رله نسبت به مقاومت خط يا اثر مقاومت جرقه حساس نمي باشد.
۶- رله ديستانس با مشخصه اهمي

 

مشخصه اين رله يك خط مستقيم مي باشد كه ضريب زاويه آن مي تواند تغيير كند. همانند رله رآكتانسي اين رله به تنهايي به كار نمي رود بلكه براي محدود كردن مشخصه ديگر رله ها به كار برده مي شود.

۷- رله ديستانس با مشخصه كواد (چهارگوش)
رله كواد يك رله راكتانسي محدود شده است. اگر تعداد وروديهاي رله استاتيكگي را زياد كنيم مشخصه رله چهار گوش را بدست مي آوريم. شكل (۱۱-۵) مشخصه رله كواد يا چهار گوش را نشان مي دهد. همانگونه كه در شكل ديده مي شود يكي از محاسن اين رله آن است كه به راكتانس خطا تا محل رله حساس مي باشد كه البته با توجه به امتداد اين مشخصه در جهت محور R ها مي توان مقاومت محل قوس را نيز در تنظيم رله در نظر گرفت.

-رله وصل مجدد(Auto recloser) :
اتصالي هاي شبكه سيم هوايي انتقال انرژي هميشه در اثر برخورد و تماس دائم دو سيم يا سيم و زمين بوجود نمي آيد، بلكه عامل بيشتر اتصالي ها جرقه و قوس الكتريكي مي باشد. چنين جرقه هايي اغلب با قطع آني و كوتاه مدت فشار شبكه از بين رفته و خاموش مي شود. بايد به محض وقوه اتصالي در شبكه، سيم اتصالي شده را از شبكه قطع كرد ولي اگر همين قطع ولتاژ سبب بر طرف شدن اتصالي شود، لازم نيست كه شبكه براي مدت درازي به حالت قطع باقي بماند، بلكه بايد بوسيله اي پس از گذشت زمان كوتاهي مجددا مدار را وصل كرد و چون اغلب نمي توان تشخيص داد كه اتصالي در اثر برخورد دو سيم و يا در اثر جرقه بوجود آمده است، لذا عمل قطع و وصل به كمك كليد قدرت مخصوص كه از دستگاهي به نام رله وصل مجدد فرمان مي گيرد انجام مي شود.
البته در پست هاي فشار قوي مازندران عمدتا رله وصل مجدد به گونه اي تنظيم مي شود تا دفعات وصل مجدد تنها به يك بار محدود شود و در صورت باقي ماندن خطا براي هميشه به حالت قطع در مي آيد.
-رله اضافه جريان Over Current:
رله اضافه جريان در خط به عنوان رله پشتيبان براي رله ديستانس استفاده مي شود، بر خلاف باسبار كه در آنجا اين رله يك حفاظت اصلي مي باشد. اصول اين حفاظت بر اساس جريان مي باشد و در ظاهر ساده به نظر مي رسد اما در تنظيمات اين رله و مخصوصا هماهنگي آن در شبكه دقت زيادي كرد.
اين حفاظت مي تواند به عنوان حفاظت اصلي و پشتيبان در شبكه استفاده گردد كه معمولا در شبكه هاي فشار ضعيف به عنوان حفاظت اصلي استفاده مي گردند

-رله سنكرون چك:
زماني كه دو خط از شبكه بخواهند به يكديگر متصل گردند اين رله رابطه فازي و ولتاژ دو خط را مقايسه نموده و در صورت تطابق (تمايز نبايد بيش از ۱۰% باشد.) اجازه اتصال آنها را مي دهد.
اين رله زماني بكار مي‌رود كه دو يا چند فيدر به يك باس مشترك متصل مي‌گردند. اتصال موفقيت‌آميز دو منبع به يكديگر بستگي به اختلاف دامنه‌هاي ولتاژ طرفين، زاويه‌هاي فاز و فركانسهاي دو منبع در زمان اتصال دارد. رله كنترل سنكرونيزم در صورت نزديك بودن مقادير دو طرف، اجازه اتصال را خواهد داد.
رله سنكرون‌كننده، رله‌اي است كه در رابطه با اتصال ژنراتور به شبكه و يا اتصال دو شبكه مجزا مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين رله سنكرون‌كننده براي كنترل يك يا چند كليد در يك نيروگاه و ارتباط با سيستم كنترل نيز بكار مي‌رود. بر خلاف رله كنترل

سنكرونيزم، رله سنكرون‌كننده مي‌تواند فرمان وصل

كليد را در نقطه دقيق سنكرونيزم صادر نمايد.
سنكرون‌كردن دستي نيازمند آموزش، استفاده از قدرت تشخيص، تجربه و دقت كافي از طرف اپراتور است. كليدها و ژنراتورها در صورت عدم دقت اپراتور دچار صدمه مي‌شوند. بنابراين فرمان وصل كليد، تنها وقتي كه رله سنكرونيزم اجازه دهد، صادر مي‌گردد.
رله كنترل سنكرونيزم براي نظارت بر اتصال دستي كليد بكار مي‌رود. بنابراين اپراتور مقادير سنكرونيزم را كنترل كرده و بطور دستي فرمان وصل مي‌دهد ولي كنتاكت باز رله سنكرونيزم كه بصورت سري قرار گرفته است از اتصال جلوگيري مي‌كند. كنتاكت باز رله سنكرونيزم وقتي بسته مي‌شود كه اختلاف زاويه فاز در دو طرف كليد از مقدار مشخص كمتر بوده و همچنين اختلاف ولتاژ بين دو طرف مقدار كمي را دارا باشد.
رله سنكرونيزم به دو طريق مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مي‌توان اين رله را بعنوان ناظر در اتصال دستي ژنراتور به شبكه مورد استفاده قرار داد. طريق ديگر استفاده از رله سنكرونيزم در اتصال اتوماتيك ژنراتور به شبكه است كه در اين حالت علاوه بر اينكه شرايط سنكرونيزم مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد، فرمانهايي از طرف رله سنكرونيزم به سيستمهاي تنظيم فركانس و ولتاژ ژنراتور ارسال مي‌گردد و اتصال كاملاً اتوماتيك صورت مي گيرد.
– رله ولتاژي:
رله‌‌هاي ولتاژي به دو نوع ولتاژ كم و ولتاژ زياد تقسيم مي‌شوند كه در حالت‌هاي نقصان و ازدياد ولتاژ در شبكه عمل مي‌نمايند. علاوه بر اين، حالت عدم تقارن ولتاژ در سه فاز سيستم را حس نموده و فرمانهاي كنترلي لازم را صادر مي‌كنند. در بعضي از موارد، از رله ولتاژ زياد در تركيب حفاظت تفاضل ولتاژ بهره گرفته مي‌شود، بنابراين چنانچه اختلاف دو ولتاژ از يك حد مشخص فراتر رود، رله عمل مي‌كند.
الف ـ رله ولتاژ كم
رله ولتاژ كم رله‌اي است كه با كاهش ولتاژ مجموع

ه‌اي از كنتاكتها را متصل مي‌كند و به دو نوع زير تقسيم مي‌گردد:
– رله با تأخير زماني: تنظيم ولتاژ با تپ‌هاي گسسته قابل انجام است و زمان تأخير در ارسال فرمان قطع نيز قابل تنظيم مي‌باشد.
– رله آني: در اين حالت نيز تنظيم تپ‌هاي ولتاژ وجود دارد و زمان در يك محدوده كوچك قابل تغيير مي‌باشد.
ب ـ رله ولتاژ زياد
رله ولتاژ زياد در مقابل افزايش ولتاژ عمل نموده و فرمانهاي كنترلي را صادر مي‌نمايد. اين نوع رله در موارد زير بكار مي‌رود:
– حفاظت سيستم در مقابل اضافه ولتاژ: اين رله مي‌تواند در مقابل افزايش ولتاژ، سيگنال خبردهنده ارسال كند و يا در صورت لزوم بارها و مدارهاي حساس به ولتاژ را قطع نمايد و از صدمه ديدن آنها جلوگيري نمايد.
– عدم تقارن ولتاژ فازها: رله ولتاژي، عدم تقارن ولتاژ در فازها را در حالت اتصال كوتاه و اشكال در فيوز ثانويه ترانس ولتاژ حس مي‌كند كه اين كار با اندازه‌گيري توالي صفر و منفي ولتاژها انجام مي‌گيرد.
رله عدم تقارن ولتاژ براي ايزوله‌كردن رله‌ها يا وسايلي كه با قطع ولتاژ در يك يا هر سه فاز ثانويه ترانس ولتاژ يا وجود اشكال در فيوز ثانويه ترانس ولتاژ نادرست عمل مي‌كنند، بكار مي‌رود. بعنوان مثال رله ديستانس يا رله سنكرونيزم، در اين صورت فرمان نادرست صادر مي‌كنند. بنابراين زمان قطع رله بالانس ولتاژ بايد بحدي كوچك باشد تا قبل از اينكه رله‌هاي نامبرده باعث قطع كليد شوند، آنها را از مدار خارج كند.

رله‌هاي ولتاژ زياد نيز داراي دو نوع تأخيري و آني هستند. در رله‌هاي ولتاژ زياد آني تنها تنظيم ولتاژ آستانه مطرح است و پس از افزايش ولتاژ از حد مربوطه، رله بلافاصله عمل خواهد كرد.

– رله اضافه شار يا اضافه تحريك:
از آنجا كه شار هسته ترانسفورماتور وابسته به نسبت ولتاژ به فركانس است، رله اضافه شار نيز بر مبناي اندازه‌گيري نسبت ولتاژ به فركانس (V/HZ) عمل مي‌نمايد. اين رله داراي مشخصه عملكرد زمان معكوس مي‌باشد، به اين معني كه براي تغييرات زياد (V/HZ)، در زمان كوتاهتري عمل مي‌كند و تغييرات كوچك ولتاژ به فركانس داراي تأخيري بيشتري خواهد بود. از آنجا كه فركانس در شبكه تقريباً ثابت است لذا افزايش ولتاژ در شبكه به معني افزايش شار خواهد بود. به همين دليل در بسياري از موارد بجز در ترانسفورماتورهاي نيروگاهي از اين نوع رله استفاده نمي‌شود.
– حفاظت كليد قدرت:
بواسطه اهميت نقش كليد و اشكالاتي كه ممكن است در عملكرد صحيح آن بروز كند، يك سري حفاظت جهت تشخيص عملكرد نامناسب كليد و انجام اعمال اصلاحي درنظر گرفته مي‌شود. از جمله مسائلي كه ممكن است براي يك كليد قدرت پيش آيد، ناموفق بودن كليد در برطرف كردن جريان اتصالي و يا عدم همزماني بازشدن كنتاكتهاي اصلي فازها مختلف كليد به هنگام قطع جريان مي‌باشد. بنابراين حفاظتهاي مورد استفاده جهت كليدهاي قدرت عبارتند از:
– حفاظت اشكال كليد
– نظارت بر مدار تريپ
– حفاظت ناهماهنگي در باز شدن كنتاكتهاي كليد
در طرح استاندارد حفاظتي پستهاي ايران، حفاظت اشكال كليد منحصر به پستهاي ۲۳۰ و ۴۰۰ كيلوولت مي‌باشد.