بررسی قطع شدگی فاز در موتورهای و نحوه حفاظت آنها

مقدمه :
در صورت قطعی فاز در مدار تغذیه موتورهای سه فاز یا در اتصالات سیم پیچی استاتور موجب نامتعادلی جریان خط و ایجاد مولفه منفی جیان در سیم پیچی موتور می گردد که بدترین نوع این حالت از نظر نامتعادلی نامتعادل شدن ولتاژ تغذیه موتور می باشد که منجر به ایجاد مولفه منفی جریان و در نتیجه بالا رفتن جریان در سیم پیچی موتور و تولیدات حرارت در سطح روتور می گردد ک

ه در صورت ازدیاد این جریان از میزان مجاز آن منجر به صدمه دیدن روتور می گردد لذا در موتورهای با قدرت زیاد که از نظر اقتصادی نیز حائز اهمیت می باشد می بایست حتی المقدرو در هنگام وقوع قطعی فاز در موتور آنرا از مدار خارج تا از صدمات احتمالی بعدی که ناشی از افزایش حرارت در اث

ر عبور جریان نامتعادل می باشد جلوگیری نمود لذا این فصل در ابتدا سعی نموده است قطعی فاز در موتورها را هم از نظر قطعی فاز در منبع تغذیه و هم در سیم پیچی (فاز) موتورها مورد بررسی قرار دهد و سپس با ارائه نحوه حفاظتهای مختلف مناسبترین رله جهت تشخیص (Phase fauure ) قطعی فاز را با توجه به شرایط فنی واقتصادی معرفی نماید .
هنگامیکه قطعی فازی در موتورهای اندوکسیونی یاسنکرون در منعب تغذیه با سیم پیچی موتور اتفاق می یافتد یک جریان شامل مولفه منفی در ماشین جاری خواهد شد که این جریان مولفه منفی در داخل ماشین میدانی ایجاد خواهد نمود که در جهت عکس چرخش ماشین عمل نموه و یک جریان زیاد فوکو در سطح روتور بوجود می آورد این جریان مولفه منفی موجب دوبرابر شدن فرکاس جریان روتور می گردد و در اثر جاری شدن جریان در سطح روتور و لبه های غیر مغناطیسی آن بعلت افت RI2 به سرعت باعث افزایش حرارت در ماشین می شود و اگر درجه حرارت از میزان حد مجاز ماشین فراتر رود و یا بیش از حد مجاز جریان مولفه منفی جاری شود هسته آهن روترو ذوب خواهد شد و به ساختمان آن خسارت وارد می شود ساده ترین قطعی فاز در موتور ها قطع یکی از فیوزهای موتور در اثر جریان ضربه ای ناشی از راه اندازی ممکن است باشد که موجب

نامتعادلی ولتاژ خواهد شد و در این نامتعادلی ولتاژ هیچگونه ارتباطی بین مولفه مثبت جریان و مولفه منفی جریان نمی توان بین نمود و در اصل بستگی به میزان نامتعادل بودن ولتاژ همچنین نسبت مولفه های منفی به مولفه های مثبت ولتاژ در ماشین دارد این نسبت می تواند از مدار معادل موتورهای اندوکسیونی بدست آید که در شکل زیر مدار متعادل مولفه مثبت و منفی در یک موتور اندوکسیونی سه فاز را هنگامیکه موتور دو فاز شده است را نشان می دهد .
لازم به یادآویست که میزان مولفه منفی جریان بستگی به میزان نامتعادلی ولتاژ با نسبت مو

لفه منفی امپدانس به مولفه مثبت امپدانس دارد که جهت میزان مولفه مثبت امپدانس ماشینها در لغزشهای مختلف و درحالت ایستاده و همچنین مولفه منفی امپدانس در لغزشهای مختلف و حتی درحالت سرعت نامی هنگامیکه لغزش کم باشد می توان از فرمولهای ذیل تعیین نمود :
مولفه مثبت امپدانس در لغزشهای مختلف :

مولفه مثبت امپدانس در حالت
توقف (S= 1)
مولفه منفی امپدانس در لغزشهای مختلف :
مولفه منفی امپدانس در سرعت نامی هنگامیکه لغزش کوچک می باشد .
از آنجائیکه در موتورهای اندوکسیونی میزان مقاومت تقریبا در مقابل راکتاس کوچک می باشد . منفی امپدانس در سرعت نامی تقریبا برابر مولفه مثبت امپدانس در حالت ایستاده می باشد Z 20 = Z10 و نسبت مولفه مثبت به مولفه منفی امپدانس ماشین در حالت سرعت نامی می تواند تقریبا برابر جریان راه اندازی به جریان نامی باشد :
به عنوان مثال در ماشینهایی که جریان راه اندازی آنها تقریبا ۶ برابر جریان نامی روتور می باشد در ۵% مولفه منفی ولتاژ تغذیه تقریبا به اندازه ( ۶) به میزان ۳۰% مولفه منفی جریان خواهیم داشت بنابراین جریان منفی در روتور ایجاد می کند که فرکانس موثر آن تقریبا دو برابر فرکانس نامی خواهد شد (۱۰۰H Z )
از آنجاییکه نسبت مقاومت AC روتور در فرکانس به مولفه dc آن تحت گردش نامی معمولا بین ۳ تا ۶ برابر خواهد بود بنابراین مولفه منفی جریان بیشتری از مولفه مثبت ایجاد می نماید این نابرابری حرارت در طراحی رله ها می بایست به حساب آید که در آن جهت حفاظت مطمئنی را در مقابل نامتعادی داشته باشیم که از فرمول زیر بدست می آید:

I1 : مولفه مثبت جریان تغذیه
I2 : مولفه منفی جریان تغذیه
Ieq : جریان عملکرد
ضریب ۶ در فرمول فوق برای جریان I2 به علت انتخاب ستینک مناسب برای رله می باشد که برای تماس موتور های می توان در نظر گرفت .
قطعی فاز در موتورهای اندوکسیونی :
مولفه منفی امپدان در موتورهای اندوکسیونی متاثر از میزان مولفه مثبت جریان در هنگام قطیع فاز می باشند بنابراین در هنگام وقوع خطا مولفه مثبت جریان کاهش یافته و در نتیجه موجب پایین آمدن گشتاور قدرت خروجی خواهد شد و همچنین لغزش افزایش ناچیزی می باید در نتیجه ضریب کاهش و مولفه مثبت جریان افزایش می یابد و این تا جایی ادامه دارد که م

وتور بتوان گشتاور مورد نیاز بار را تامین نماید در چنین حالتی ممکن است لغزش ۵۰% تغییر نموده و در حالیکه سرعت ۰٫۵ % تغییر یافته باشد برای تمام لغزشهای محدود بین ۰ تا ۱ مولفه منفی امپدانس بر اساس فاکتور تغییرات ناچیزی می یابد یک روش قابل تخمین منظور نمودن قطعی فاز در هنگام وقوع خطا و قبل از وقوع خطا می باشد که در آنصورت ماکزیمم خطا ی جریان حدودا ۱۰% بار کامل می باشد جهت بررسی دقیقتر لازمست قطعی فاز در تغذیه ورودی موتوری با اتصال مثلث را مورد بررسی قرار دهیم هنگام وقوع قطعی فاز در فاز c منبع تغذیه درصد افزایش جر

یان سیم پیچی سالم A افزایش و میزان آن بیشتر از افزایش جریان در خط می باشد و در نتیجه رله ازدیاد جریان O/C مطابق دیاگرام ذیل قادر به تشیص تکفازه شدن موتور نمی باشد لذا حفاظت مطمئنی را ارائه نخواهد داد وضعیت جریان خط و فاز برای اتصال موتورهای بصورت مثلث و هنگامیکه قطعی فاز در منبع تغذیه یا در سیم پیجی فاز رخ دهد بصورت ذیل می باشد .
چنانچه ملاحظه می شود جریان در فازها نامتعادل شده و یا نامتعادل شدن جریان در خطوط سه فاز زاویه فازها بعلت این قطعی به اندازه ۶۰ درجه جابجا می شوند و موجب افزایش جریان فازهای سالم به میزان ۵۰% می گردد در این حالت رله جریان زاید تکفازه می تواند جریان در دو خط سیم پیچی استاتور را حفاظت نماید و همچنین رله جریان زیاد در خط سوم حفاظت کمکی را بعهده داشته باشد .
لازم به یادآوریست مولفه منفی جریان نمی تواند سهمی در گشتاور داشته باشد و در حقیقت یک گشتاور منفی را بوجود خوهد آورد میزان این گشتاور مولفه منفی جریان حدوداد کمتر از ۰٫۵ گشتاور با ر می باشد هنگامیکه یک ولتاژ نامعادلی در حدود ۱۰% وجود داشته باشد ) اثرات مولفه منفی بیشتر در افزایش تلفات موتور نقش دارد (تلفات مس ) بنابراین منجر به کاهش قدرت خروجی موتور می گردد که از ایجاد این حرارت در سیم پیچی بعلت مسائل اشاره شده در فوق دقیقا می بایست خود داری نمود .
بررسی حالت تکفازه شدن موتورها در وضعیت های مختلف
هنگامیکه موتورهای سه فاز تکفازه یم شوند مسائل الکتریکی و مکانیکی مختلفی بروز خواه

ند نمود که در سه حالت بارکامل بدون بار حالت و راه اندازی به شرح ذیل می باشد :
۱- حالت بار کامل :
– جریان در یکی از فازها مشخصا به صفر می رسد
– سرعت افزایش ناچیزی می یابد .
– ضریب قدرت کاهش می یابد
– مولفه مثبت امپدانس کاهش قابل ملاحظه ای می یابد

– مولفه منفی امپدانس در سرعت نامی ثابت می ماند
– جریانی با فرکانس دوبل (۱۰۰ HZ ) در روتور ظاهر می گردد
– مقاومت مولفه منفی افزایش و اثرات پوستی ظاهر می گردد .
– جریان فازها بیشتر از جریان فازها در حالیکه موتور تکفازه شده است خواهد شد
– مولفه منفی ولتاژ در موتور ایجاد می گرد د
– جریان مولفه منفی از صفر تا جریان نامی یا حتی بیشتر افزایش می یابد
– گشتاور FULL OUT ایجاد شده وکمتر از گشتاور FULL OUT هنگام بار کامل می باشد .
– تلفات روتور در حدود ۵ الی ۶ برابر حالت نرمال خود می گردد
– تلفاس مس استاتور بیش از ۳ برابر از موتور و فازه ای می باشد که بصورت ستاره بسته شده است.
۲- حالت بار ناچیز
– قطعی فاز در موتورهایسه فاز با بار ناچیز تقریبا مطابق با حالت بار کامل اشاره شده در فوق می باشد .
۳- در حالت استارت
– جریان راه اندازی ۸۶% جریان راه اندازی حالت نرمال در فازهای سالم خواهد بود .
– مولفه منفی امپدانس برابر مولفه مثبت امپدانس موتور می باشد .
-گشتاور مولفه مثبت براب گشتاور مولفه منفی می باشد .

– مجموع تلفات مس ۵۰ تا ۷۰% تلفات هنگام راه اندازی می باشد .
– مولفه منفی جریان ۵۰% جریان راه اندازی در حالت نرمال خواهد بود .
– مولفه منفی ولتاژ برابر مولفه مثبت ولتاژ می گردد .
مقایسه قطع شدن فاز در موتورهای بار تورسیم پیچی شده و قفسه ای
جهت حفاظت موتورها با روتورسیم پیچی شده در برابر قطعی فاز می بایست توجه بیشتری به آنها نسبت به موتورهای روتورقفه ای مبذول داشت زیرا که نسبت جریان راه اندازی به جریان ب

ار کامل ارتباطی با مولفه صنفی امپدانس نداشته و میزان مولفه مثبت جریان تخمین زده شده در هنگام وقوع قطع شدگی فاز معمولا ثابت می باشد و تنها عاملی که در این مقایسه حائز اهمیت می باشد این است که تمرکز حرارت در موتورهای باروتور سیم پیچی شده در مقایسه با روتور قفه ای به میزانی می باشد که موجب وقوع شکست عایقی در روتور و صدمه دیدن آن خواهد شد و این زمان در موتورهای اندوکسیونی نصف زمان موتور مشابه خود باروتور قفسه ای می باشد لذا این زمان در اینگونه موتورها از اهمیت خاصی در هنگام حفاظت برخوردار می باشد.
روشهای مختلف حفاظت :
جهت حفاظت موتورهای اندوکسیونی و سنکرون در مقابل قطعی فاز شرح ذیل می باشد:
۱- رله تعادل فاز ها Phase blanc relay
رله تعادل فازها جهت تشخیص قطعی فاز در یک موتور یا گروهی از موتورها بکار می رود و این رله هنگامی عمل می نماید که نامتعادلی جریان خط بیشتر از جریانی که موتور تحت گردش نامی یا نامتعادلی در ولتاژ تغذیه خود می تواند کار نماید بدون آنکه آسیبی به آن برسد معایب این رله به شرح ذیل می باشد :
– این رله بر اسا س اختلاف جریان در خط عمل نموده ومیزان اختلاف جریان در فازهای موتور را نمی بیند .
– رله فوق بدون توجه به در نظر گرفتن جریان مولفه منفی که عامل اصلی حرارت در سطح روتور موتوری که تحت این نامتعادلی کار می کند عمل نمود .
– بازاء کوچکترین نامتعادلی در جریان خط یا بعلت قطع شدگی فاز عمل می نماید .
۲- رله مولفه منفی جریان زیاد لحظه ای instantaonus neqative sequencc over current این رله با فیلتر نمودن مولفه های منفی جریان و در صورت افزایش این مولفه از مقدار تنظیم شده عمل می نماید این رله محدودیت در مقابل حفاظت موتورها در برابر قطع شدگی فاز دار دو بیشتر برای حفاظت ژنراتورها در مقابل اتصالهایی که منجر به متعادل شدن جریان و یا بههر علتی که منجر به جاری شدن مولفه منفی جریان که بیشتر از جریان نمی باشد بکار برده می شود .
۳- رله جریان زیاد ovcr current relay with the delay
این رله برای حفاظت موتورهای در مقابل ازدیاد جریان ناشی از بار زیاد و یا در صورت وقوع اتصالهای مختلف در موتورها بکار برده ی می شود و بر طبق استاندارد NEC می بایست این رله اضافه

بار را برای هر فاز موتور یا حداقل برای دو فاز از موتور بکار برده شود زیرا در صورت قطع شدن یکی از فازهای منبع تغذیه موتوری که متصل به ترانس قدرت یا اتصال مثلث – ستاره پدید آید جریان سه فاز موتور بصورت ۱: ۱: ۲ خواهد بود که در یکی از فازها ممکن است جریان دو برابر شود و در آنصورت موتور بدون حفاظت خواهد ماند لذا بکار بردن حداقل دو رله اضافه بار برای موتورهای پرقدرت ضروری می باشد .
همانطور که در صفحات قبل مطرح گردید در صورتیکه یکی از فازهای منبع تغذیه موتوری یا اتصال

مثلث قطع گردد و درصد افزایش جریان در سیم پیچی مربوط به دو سیم پیچ سالم بیشتر از افزایش جریان در خط می باشد و در نتیجه رله جریان زیاد o/c برای تکفازه شدن نمی تواند حفاظت کاملا مطمئنی را برای موتورهای پرقدرت انجام دهد .
۴- رله حرارتی thermal relay
موتورهای سه فاز در اثر بار زیاد از حد موتور و یا ناشی از نامتعادلی ولتاژ جریان زیادی از شبکه کشیده می شود که جهت حفاظت آن می توان از سه نوع رله حرارتی که بشرح ذیل می باشد استفاده نمودار اولین نوع آن پل و ستون که از مقاومتهای حرارتی RTD که در شیارهای استاتور تعبیه می کردند می باشد و هنگامیکه میزان حرارت تشخیص داده شده توسط RTD بالا رو مقاومت آن افزایش و موجب نامتعادلی در پل میگردد و گشتاور ایجاد شده نیز موجب عملکرد رله خواهد بود همانطور که در شکل ذیل مشاهده می شود این پل از طریق ترانسفورماتور AC تغذیه می شود .
نوع دیگر رله حرارتی از نوع CP می باشد که بر خلاف نوع اول از دومقاومت RTD تشکیل شده است و جریان عبوریاز یک فاز ماشین انرژی لازم پل را تامین می نماید رله مزبور هنگامیکه درجه حرارت سیم پیچ استاتور به اندازه ای بالا بود که جریان ناشی از مقاومتهای حرارتی بیشتر از میزان جریان عبور نموده از طریق ترانس جریان باشد رله مربوط عمل نموده و کنتاکتهای آن بسته خواهد شد .
رله ولتاژ فازهای معکوس Reverse phase vol taqe relay
این رله یک موتور یاگروهی از موتورهای را در مقابل دو فازه شدن حفاظت می نماید حتی می تواند قطعی فاز در موتورها را هنگامیکه موتور تحت باز ناچیز کار می نماید نیز حفاظت نماید رله فوق همانند رله و اتمتری می باشد که تغذیه آن از دو ولتاژ به فاز می باشد و هنگامیکه قطع شدگی فازی رخ نداده با شد کنتاکت بسته رله اجازه استارت به موتور را خواهد ودر صورت وقوع قطعی فاز یا معکوس شدن فاز منجر به قطع موتور از شبکه و یا مانع استارت آن خواهد شد یک نوع از این رله مطابق شکل زیر می باشد .
رله قطعی فاز phase failure relay
این رله شبیه رله توان جهت دارد می باشد با این تفاوت که دارای دو کویل جریان روی هر فاز می باشد در حالیکه رله و اتمتری دارای یک کویل جریان و یک کویل ولتاژ می باشد مشخصه عملک

رداین رله بنحوی است که در ورت افزایش ناچیز مولفه مثبت جریان از مولفه منفی جریان از عملکرد رله جلوگیری می شود و جهت ممانعت از عمکلدر نابجای رله نیز از فنری با مقاومت کم نیز استفاده شده است زیرا اختلاف جزئی مولفه منفی جریان بدون داشتن مولفه مثبت منجر به عملکرد رله و بسته شدن کنتاکت فرمان رله خواهد شد و یا به عبارت دیگر این رله مولفه مثبت جریان و مولفه منفی جریان را با یکدیگر مقایسه می نماید و زمان عملکرد این رله به در صورت وجود هر نو

ع خطایی که منجر به بزرگتر شدن مولفه منفی جرین از مولفه مثبت جریان باشد حدواد بک سیکل می باشد
نتیجه :
از بررسی رله هایی که جهت قطعی شدگی فاز به حل آمد می توان با توجه به موقعیت و محل نصب رله جهت حفاظت موتورها موارد ذیل را در ارتباط با چگونگی حفاظت قطع شدگی فاز را در نظر گرفت .
۱- رله تعادل فازها phase balance relay و رله قطع شدگی فازی phase balance relay و رله مولفه منفی جریان زیاد و رله neqative phse sequence هر سه نوع رله را می توان جهت حفاظت در مقابل قطع شدگی فاز استفاده نمود .
۲- سه رله اشاره شده در فوق قادرند موتورهای اندوکسیونی را حتی در مقابل بارهای ناچیز نیز حفاظت نمایند .
۳- در جاییکه منبع تغذیه ورودی با ترانسفورماتور جهت بارهای موتوری و غیر موتوری استفاده شده باشد بهترین رله جهت تشخیص قطع شدگی فاز در منبع تغذیه رلهphase failure می باشد .
۴- در جاهاییکه نامتعادلی جریان فقط جنبه اعلان خبر را داشته باشد و می تون از رله مولفه منفی جریان استفاده نمود .
۵- از سه رله معرفی شده در بند (۱) رله phase blance را بندتر با تایمر مورد استفاده قرار می گیرد .
۶- هنگامیکه تغذیه بارهای موتوری و غیر موتوری توسط ترانسفورماتور قدرت باشد و محل نصب رله جهت قطع شدگی فاز نیز در طرف ثانویه ترانس نصب شده باشد در آنصورت رله حراراتی نیز بیشترین حساسیت را برای موتورها رد مقابل تکفازه شدن نسبت به رله تعادل فازها از خود نشان خواهد داد بشرط آنکه میزان جریان بار موتور مربوطه کمتر از ۱۰% بار کامل باشد .
۷- چنانچه ولتاژ معکوس شدن فاز ها در طرف اولیه ترانسفور ماتور قدرت تغذیه کننده بارهای موتوری و غیر موتوری نصب شده باشد در صورتی حفاظت مناسبی را اعمال خواهد نمود که نسبت بارهای موتوری به بار کامل کمتر از ۳۰% باشد .
۸-رله phase blance برای سیستم اشاره شده در بند ۷ هنگامی مناسب خواهد بود که نسبت بار موتوری به بار کامل بیشتر از ۳۰% باشد
۹- جهت حفاظت مطمئن تر سیستم اشاره شده در بند ۷ بهتر است از دورله pنجام دهد .
ارزیابی حفاظت خازنهای قدرت و بررسی علل انفجار بانکهای خازنی
مقدمه :
با توجه به معضل صدمه دیدن و انفجار بانکهای خازنی در شبکههای توزیع برق کشور و بروز خسارتهای ناشی از آن در این مقاله ابتدا تحول در ساختار خازنها در خلال چند دهه گذشته مورد مطالعه قرار گرفته سپس طریقه و عوامل موثر در از کار انداختن سیستمهای عایقی مختلف بررسی شده و نهایتا روشهای مناسب جهت حفاظت خازنهای قدرت ارزیابی می گردد .
پیشرفت روز افزون در طراحی و ساخت فازهای قدرت کارآیی و اعتماد به خازنها را بطور محسوسی افزایش داده است از جمله این پیشرفتها کاربرد لیزر جهت برش ورق آلومینیوم در سیستم عایق خازن ارتقاء قابل توجه سطح ولتاژ آغاز کننده کرونا و استفاده از تکنیکهای جدید اتصال عناصر درون خازنها است که به خازن اجازه می دهد جریان اتصال کوتاه معادل ۱۰ کیلو آمپر یا ۳۰ کیلو ژول تخلیه موازی را تحمل کند .
تکنیک کاربرد خازنهای قدرت مدرن این فرصت را به مصرف کننده انرژی الکتریکی می دهد تا سیستم وقدرت خود را جهت دستیابی به حداکثر کارآیی اصلاح کند نصب موازی بانکهای خازنی با ولتاژ بالا تلفات انتقال انرژی را کاهش داده و ولتاژ بحرانی زمان پیک بار را پشتیبانی می کند یک شبکه از خازنهای قدرت که شامل تعبیه بانکهای خازنی در محل پستهای ۲۰/۶۳ کیلو وات و همچنین تعبیه تعدادی خازن در شبکه توزیع ۲۳۰/۴۰۰ ولت بمقدار بسیار زیادی کارآیی سیستم قدرت را بهبود می بخشد و نیاز به تولید انرژی اضافی را کاهش می دهد چنین خاصیت مهمی نیاز مبرم به خازنهای قدرت جهت جبران جریان را کتیو را توجیه می نماید تکنولوژی منحصر به فردی که بتازگی در جنس و روش ساخت خازنهای بکار گرفته شده است هنر بهره جویی در این زمینه ها را فراهم می سازد .
۱- تحول در ساختار خازنها :
پیشرفت تکنولوژی در ساخت عایقهای جامد سبب گردیده تا خازنها با کیفیت بالاتری ساخته شود به منظور لمس بهتر تکنولوژی سالهای اخیر خلاصه ای کوتاه از توسعه تکنولوژی در مدت ۳۰ سال گذشته بیان می گردد .
در دهه ۱۹۶۰ هر لایه عایق جامد از چندین صفحه موسوم به KRAFT – PAPER تشکیل می شود خازنهای قدیمی که این نوع عایق در آنها بکار رفته است عموما وزنی بیش از ۵/۰ کیلوگرم به ازاء هر KVAR و تلفاتی در حدود ۲ الی ۳ وات برای هر KVAR داشتند .
در اواسط دهه ۱۹۶۰ ترکیبی از KRAFT – PAPER با صفحه نازک پلی پروپیلین جایگزین شد و صفحه دیگر KRAFT – PAPER در جای خود باقی ماند که بعنوان فتیله عمل کند و اجازه دهد ت

ا مایع عایق در لایه های نازک پلی پروپیلین نفوذ کند با تکنولوژی PAPER – FILM خازنهایی به بزرگی ۲۰۰KVAR ساخته شد و وزن آنها به زیر ۵/۰ کیلوگرم به ازاء هر KVAR تقلیل یافت مهمتر اینکه تلفات به ۵/۰ الی ۸/۰ وات برای هر KVAR کاهش پیدا نمود و بطور قابل توجهی به اطمینان و کارآیی خازنهای قدرت افزوده شد در اواسط دهه ۱۹۷۰ مایع عایق NON- PCB شناخته و جهتمشخصه خطرناک PCB برای محیط زیست بطور خاصی مورد توجه قرار گرفت بطوریکه اکنون در برابر دنیا خواسته می شود که جهت عایق خازنها از مایع NON – PCB استفاده شود در دهه ۱۹۸۰ خازنهای ALL-FILM عرضه شد این نوع خازنها در اوائل سالهای ۱۹۷۰ به بازار معرفی شده بود ولی کلا در دهه ۱۹۸۰ برای اولین بار تولید اینگونه خازن در برابر دنیا معمول گردید .

پیشرفت در تکنولوژی ورقهای آلومینیوم و سطوح صفحات نازک امکان آغشته شدن بهتر لایه های نازک پروپیلین بدون نیاز بوجود KPART – PAPER را مهیا ساخت وزن خازنهای ALL- FILM خیل

ی کمتر از ۵/۰ کیلوگرم برای هر KVAR بوده و تلفات آن تقریبا به ۱/۰ وات برای هر KVAR رسدی اضافه بر عملکرد خوب در بهره بردای خازنهای ALL-FILM از منحنی ترکیدن تانک بسیار خوبی برخوردار هستند بطوریکه خطر بهره برداری از این قبیل خازنها کاهش و ایمنی آن بطور چشمگیری بهبود یافت و همه سازندگان عمده خازنهای قدرت امروزه از عایق ALL-FILM استفاده می کنند مضافا اینکه عایق مایع NON – PCB که برای محیط زیست هم هیچگونه خطری ندارد بعنوان مایع آغشته کننده در همه صنایع بکار گرفته می شود .
یک دستگاه خازن از تعدادی خازنهای جداگانه که اصطلاحا CAPACITOR PACKS نام دارند تشیکل می شوند (شکل ۱) این خازنها معمولا بصورت سری – موازی به همدیگر متصل شده اند تا ظرفیت کلی یکدستگاه خازن (OVERALL RATING ) مورد نظر بدست آید یک روش جهت اتصال خازنهای درونی (PACKS ) به همدیگر کار گذاشتن با ریکه هایی بین ورق آلومینیوم و لایه های عایق جامد در فواصل معین می باشد که هنگام پیچیدن خازن (PACK ) صورت می گیرد روش دیگر اتصال خازنهای درونی که دارای مقاومت پایینتری می باشد با استفاده از ورقهای ممتد آلومینیوم قابل اجراست شکل ( ۲) فرق بین ساختمان این دو نوع خازن را نشان می دهد . در اتصال خازنها به شیوه استفاده از ورقهای آلومینیوم ممتد لایه های ورق آلومینیوم در اثر از لایه های نازک پلی پروپیلین

امتداد داده می شود به شکلی که اجازه دهد با ورق آلومینیوم خازن (PACK ) مجاور مستقیما متصل شده یک اتصال الکتریکی با مقاومت پایینتری بوجود آورد .
در تکنولوژی سالهای ۱۹۹۰ به بعد از تجربیات گذشته استفاده شده و در حقیقت خازنهایی که اخیرا عرضه می شوند دارای تکنولوژی تکمیل یافته تری هستند مثلا استفاده از عایق جامد ALL – FILM و عایق مایع NON – PCB و بکار گیری روش ورق آلومینیوم ممتد جهت انجام اتصالات بین

خازنهای جداگانه درونی (PACK ) و همچنین استفاده از لیزر جهت انجام برش ورق های آلومینیوم می باشد .
همانطوریکه میدانید در خازنهای قدرت ولتاژی که به ترمینالهای خازن اعمال می گردد به نسبت گروههای خازنهای جداگانه درونی (PACK ) که با همدیگر سری می باشند تقسیم می شود .

ولتاژ (PACK ) بین دو هادی آلومینیوم ظاهر شده باعث می شود فشار الکتریکی به ماده عایق بین و اطراف هادیها وارد شود وقتی ولتاژ دو سر ورق آلومینیوم هادی زیاد شود سطح ولتاژ نتیجتا به

حدی خواهد رسید که فشار الکتریکی را ناشی می شود و تخلیه گروهی خازنها بصورت جزئی در یک سطح ولتاژ ثابت شروع می شود که این ولتاژ را اصطلاحا ولتاژ آغاز تخلیه سیستم عایق می نامند عوامل اولیه موثر در این سطح ولتاژ توانایی عایقی مایع و شکل هندسی ورق آلومینیوم هادی می باشد ( شکل ۲۳) سطح مقعط سیستم عایق یک خازن همراه با نقشه میدان الکتریکی اطراف هادیها آلومینیومی را نشان می دهد .
در ناحیه بین هادیهای آلومینیومی؛ فشار الکتریکی کاملا یکنواخت بوده و خطوط هم پتانسیل میدان الکتریکی به موازات سطح آلومینیومی و با فواصل مساوی از همدیگر قرار دارند .
در نقاطی بلافاصله بعد از حاشیه ورق آلومینیوم میدان الکتریکی غیر یکنواخت می گردد این پدیده به خاطر این است که در این ناحیه میدان الکتریکی بین دو سطح موازی و صاف محدود نمی باشد شکل میدان و حداکثر تغییرات و فشار الکتریکی بستگی زیادی به وضع حاشیه ورق آلومینیوم دارد با توجه به مشخصه حاشیه ورق آلومینیوم فشار در این نقاط در مقایسه با فشار بین ورقهای آلومینیوم در درون خازن (PACK ) می تواند چندین برابر بیشتر باشد در روش معمول ساخت ورق آلومینیوم از تکنیک برش مکانیکی حاشیه ورق آلومینیوم استفاده می شود که در این روش حاشیه ورق آلومینیوم ناهموار ویکنواخت می شود .
مقدار ازدیاد فشار الکتریکی در حاشیه ورق آلومینیوم بستگی به پیرامون حاشیه ورق دارد .
در نقاشی که خطوط هم پتانسیل به دلیل تیز و ناصاف بودن لبه ورق آلومینیوم متمرکز می شوند فشار الکتریکی فوق العاده بالایی بوجود می آید شیوه معمول مقابله با افزایش فشار الکتریکی در حاشیه ورق آلومینیوم دو لا کردن یا برگرداندن لبه ورق بمنظور دستیابی به یک حاشیه صافتر می باشد هر چند که دو برابر کردن ضخامت آلومینیوم ایجاد یک ناحیه پر فشار در عایق فعال می نماید

که در ساختمان خازن از نظر آغشتگی محدودیتی را تحمیل می نماید .
ابداع جدیدی که در ساخت خازنها اخیرا به آن دسترسی پیدا شده است استفاه از برش لیزری جهت حذف و از بین بردن ناهمواری که غالباً بر اثر برش مکانیکی در حاشیه ورق آلومینیوم ایجاد می شود بوده است با بکارگیری این روش حاشیه نسبتا صافی در اطراف ورق آلومینیوم بدست می آید

که باعث می گرد یکنواختی میدان الکتریکی حفظ شود فشار الکتریکی بدلیل استفاده از برش لیزری در خازنها به مقدار قابل ملاحظه ای ولتاژ شروع تخلیه جزئی را افزایش می دهد و در نتیجه سیستم عایقی خیلی بهتری بدست خواهد آمد شکل ( ۴) ولتاژ آغاز تخلیه سیستم عایق خازن (DIV ) را برای دو روش برش مکانیکی و لیزری را با همدیگر مقایسه می کند .
مایع NON- PCB بکار رفته در ساخت این خازنها ترکیب منحصر به فردی است که مشخصه عایقی بهتری برای دامنه (RANGE ) حرارتی کارکرد خازن فراهم می سازد طریقه آغشتگی خازن با مایع بوسیله سیستم چند راهه صورت می گیرد تا اطمینان حاصل می شود که خود مایع و هر PACK قبل از پر شدن با مایع کاملا از گاز تخلیه شده است ترکیب برش ورق آلومینیوم بوسیله لیزر و روش آغشتگی بهتر توانای و تحمل خازن در برابر ولتاژ را بهبود می بخشد .
۲- طریقه و عوامل موثر در از کار انداخن سیستمهای عایق :
در حال حضر دو نوع خازن توسط سازندگان عرضه می شود که بعضی دارای سیستم عایق PAPER – FILM و برخی دیگر دارای سیستم عایق ALL – FILM می باشند.
به منظور درک بهتر این مطلب که چرا در مواردی جهت تعریف مشخصه ترکیدن تانک خازن از منحنی احتمالی و در بعضی موارد دیگر از منحنی دقیق استفاده می شود لازم است نحوه از کار افتادن دو نوع خازن مذکور مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد شکل ۵- (الف) سیستم عایق PPER – FILM که از دو ورق آلومینیوم جدا شده بوسیله دو صفحه نازک پلی پروپیلین با پوششی از KRAFT – TISUE می باشد را نشان می دهد .
نقش ۵- (ب) سیستم عایق ALL – FILM پیشنهاد شده توسط یک شرکت سازنده خازنهای قدرت را نشان می دهد که از دو ورق آلومینیوم با اعوجاج یکنواخت و مجزا از هم بوسیله دو صفحه نازک پلی پرپیلین خالص تشکیل شده است حال باید دید که هنگام از کار افتادن هر یک از این سیستم ها چه فعل و انفعالی رخ می دهد .
نمونه ای از یک خازن معمولی توزیع متشکل از پنج خازن جداگانه ( PACK) که بطور سری به

همدیگر متصل شده اند را مورد بررسی قرار می دهیم بدیهی است سازندگان مختل خازنهای متفوتی را از نظر ساختمان عرضه می کنند همانگونه که در شکل (۶) نشان داده شده است فرض می شود پنج خازن (PACK) دارای ظرفیت ۱ میکرو فاوار جریانی معادل ۱ آمپر بکشند برابر استاندارد صنعتی فعلی خازنها باید برای ۱۳۵% کیلو وار مورد نظر طراحی شوند .

به عبارت دیگر یعنی ظرفیت واقعی خازن بایستی ۳۵/۱ برابر ظرفیت نامی باشد این خود باعث می شود که حداقل فیوز محافظ به میزان ۳۵/۱ برابر جریان نامی خازن انتخاب گردد البته فرض بر این است که یک فیوزجهت حفاظت یک خازن بکار می رود در غیر اینصورت در یک مجموعه خازنی جهت دو و سه عدد خازن در هر فاز به ترتیب حداقل فیوزهای ۷/۲ و ۰۵/۴ برابر جرین نامی هر خازن لازم است.
۱-۲- طریقه به کار افتادن عایق PAPER – FILM
فرض کنیم که یک خازن PAPER – FILM از کار افتاده است از کار افتادن یک خازن به معنای شکسته شدن عایق بین دو ورق آلومینیوم می باشد این باعث می گردد تا جریان ضعیفی از یک ورق آلومینیم به ورق دیگر تخلیه گردد در سیستم عایق PAPER – FILM وقتیکه این تخلیه ضیف برقرار می شود صفحه نازک پلی پروپیلین از محل تخلیه ضعیف برقرار می شود صفحه نازک پلی پروپیلین از محل تخلیه جریان جدا گشته و به عقب کشیده می شود لایه KRAFT0 TISSUE که هنوز بین دو ورق باقی مانده است تجزیه و متلاشی می وشد و از خود مقداری کربن به جای می گذارد بقایای کربن مانند یک مقاومت بین دو ورق آلومینیوم عمل می کند و قوس الکتریکی بین دو ورق را برقرار می سازد .
قوق الکتریکی درون روغن (مایع عایق ) تولید حبابهای گاز می نماید حسابهای گاز به قسمت فوقانی محفظه خازن (تانک) صعود کرده و فضای نزدیک به سطح بالایی تانک و بوشینگ را اشغال می کنند همزمان با تولید گاز حجم داخلی خازن تغییر یافته سبب برآمدگی تانک خازن می شود تا فضای اضافی مورد نیاز گاز تامین شود نتیجتا سطح مایع عایق داخل تانک خازن به پایین راند

ه شده و نزدیک به قسمت فوقانی مجموعه خازنها (PACK ) فضای آلوده به گاز باقی می ماند پس از مدتی باقیمانده کربن شکسته شده اجازه می دهد دو ورق آلومینیوم به همدیگر برخورد نمایند مدت زمان لازم جهت بوقوع پیوستن این عمل مشخص نمی باشد زیرا معلوم نیست که برای چه مدت چه مقدار کاغذ تجزیه و متلاشی می شودولی برای سهولت مطلب فرض کنیم پس از مت

واحد تا مقدار ۲۵/۱ میکروفار اد افزایش خواهد یافت یا بعبارت دیگر ۲۵% به جریان افزوده می شود جریان ۲۵/۱ آمپر جهت ذوب فیوز ۲۵/۱ آمپری که قبلا انتخاب شده است کافی نمی باشد لذا چهار PACK سری باقیمانده اکنون تحت فشار سطح ولتاژ بالاتری (۱۲۵%) نسبت به آنچه درابتدا برای آن طراحی شده اند قرار دارند لاجرم پس از مدتی یکی دیگر از خازنهای سری (PACK )

 

تحت تاثیر سطح ولتاژ بالاتر و سیستم عایق آلوده از کار خواهد افتاد در حقیقت یکبار دیگر مراحل ذکر شده فوق برای خازن بعدی اتفاق خواهد افتاد که نهایتا باعث می شود تا گاز بیشتر ازد

یا حجم بیشتر و پایین رفتن سطح مایع از قوس الکتریکی بوجود آمده ناشی گردد تا آنجاییکه شکست ولتاز بین اتصالات وبدنه تانک حاصل شده و متعاقب آن انفجار تانک از قسمت فوقانی بوقوع خوهد پیوست .
محل انفجار تانک بستگی کامل به استحکام مقاومت جنس و جوشکاری تانک خازن دارد اگر جوشکاری تانک خازن مناسب نباشد انفجار تانک ممکن است خیلی زودتر از محل درز جانبی (محل برش ) و یا کف تانک اتفاق افتد همه این اتفاقات می تواند قبل از اینکه جریان کافی جهت ذوب فیوز محافظ کشدیه شود حادث گردد بنابراین بقایای کربن ناشی از تجزیه (KRAFT – PAPER بصورت یک مقاومت افزایش جریان را محدود می کند از طرف دیگر مدت زمانی که بقایای کربن در عایق فعال خازن باقی می ماند مشخص نیست روش شبیه سازی شرایط و محیط ازکار افتادن خازنهای با عایق PAPER – FILM هم مقدور نیست زیرا شبیه سازی نمی تواند مجهولات مربوط به متلاشی شدن کاغذ را پیش بینی کند لذا سازندتگان خازنهای PAPER – FILM قارد نخواهند بود بطور دقیق و قطعی منحنی مربوط به مشخصه انفجار تانک این قبیل خازنها را پیش بینی و یا تهیه نمایند به همین دلیل است که از منحنی های احتمالی و تقریبی باید استفاده نمود در این راستا آزمایشات مختلفی توسط سازندگان خازنهای PAPER – FILM جهت تایید و اعتبار بخشیدن منحنی ها احتمای ۱۰% اجرا شده است بنابراین خازنی که توسط یک فیوز محافظت می شود مورد بررسی قرار گرتف و مشاهده شد که امکان ترکیدن تانک این نوع خازن بطور قابل ملاحظه ای با افزایش تعداد خازنها افزایش می یابد بطوریکه یک فیوز ۷/۲ آمپری جهت حفاظت دو خازن و یا یک فیوز ۰۵/۲ آمپری جهت حفاظت به خازن نیاز به اتصال کوتاه شدن مجموعه های (PACK ) بیشتری دارند تا ذوب شوند این پدیده موجب می شود تا گاز بیشتری تولید شده و احتمال ترکیدن تانک خازن بطو ر مخصوصی افزای یابد ( جدول ۱) .
۲-۲- طریقه از کار افتادن خازن
هنگامیکه سیستم عایق ALL- PILM که در شکل ۵- (الف) نشان داده شده است از کار می افتد عایق بین دو ورق شکسته شده باعث می گردد تخلیه جریان ضعیفی از یک ورق به ورق دیگر برقرار گیرد فضای اشغال شده میان دو ورق اکنون لایه نازک پلیپروپیلین خالص است لایه نازک زمانیکه در معرض منبع گرما قرار گیرید جدا گشته و از نقطه گرما به عقب گشیده می شود دو ورق به

همدیگر برخورد نموده PACK را اتصا کوتاه می نماید این اتصال بدون تولید گاز و یا با مقدار خیلی کم همراه است زیرا هیچگونه TISSUE یا مقاومت دیگری که منشا قوس الکتریکی بین دو ورق آلومینیوم گردد وجود ندارد .
از اتصال کوتاه شدن یک ۲۵% PACK افزایش جریان منتج می شود متعاقب آن ۱۲۵% ازدیاد ولتاژ در خازنهای سری (PACK ) باقیمانده بوجود می اید در سطح فشار بالاتر بعد از مدت زمانی

یک PACK دیگر از کار افتاده دوباره اتصال کوتاه همراه با کمی و یا بطور کلی بدون تولید گاز رخ خواهد داد و افزایش جریان فیوز را سبب می گردد .
آزمایش انفجار تانک نشان می دهد که یک خازن با سیستم عایق ALL- PILM0شکل ۵- ب) می تواند به اتصال کوتاه کامل ترمینال به ترمینال برسد بدون اینکه مقدار گاز قابل اندازه گیری تولید نماید انجام آزمایشات عدیده انفجار تانک روی سیستم عایق ALL- PILM برای مصرف کنندگان یک منحنی انفجار تانک دقیق را فراهم نموده است روش استفاده شده جهت از کار انداختن خازنها در این آزمایشات در واقع شبیه سازی شرایط واقعی در زمان کارکرد بوده است خازنها تحت فشار ناشی از ولتاژ و درجه حرارت بالای محیط در حالیکه جریان زیر نظر بوده است بکار گرفته می شوند کار کردن خازن در فشار و در جه حرارت بالا عمر آنها را کوتاه می سازد .
پس از اینکه خازنها به این سبک از کار افتاده می شوند آزمایشات ترکیدن تانک بر روی آنها با اعمال جریان اتصال کوتاه به هر خازن بعمل آمده مدت زمان رسیدن تانک به حد انفجار اندازه گیری می شود شکل (۷) بیانگر اطلاعات واقعی بدست آمده از این آزمایشات است .
همانگونه که مشاهده می شود زمانهای ترکیدن تانک برای سطوح مختلف جریانهای خیلی نزدیک به همدیگر دسته بندی شده ند از رو یک منحنی ترکیدن تانک در سمت چپ نقاط بدست آمده از اطلاعات واقعی رسم گردیده که نسبت به منحنی واقعی یک منحنی محافظه کارانه است در نتیجه اگر عمل فیوز کردن در سمت چپ این منحنی صورت گیرد یک قطع مطمئن خواهد بود و چنانچه عمل قطع کردن فیوز در سمت راست این منحنی صورت گیرد هماهنگونه که در شکل (۸) ملاحظه می شود این یک قطع نامطمئن خواهد بود .
۳- ارزیابی انفجار تانک خازن PAPER – FILM به دلیل ابهام ناشی از کاغذ درون سیستم عایق فعال بطور قطعی قابل پیش بننی است لذا ارزیاب جهت تایید منحنی انفجار هر خازنی که دریافت

می دارد بایستی اطلاعات مربوط به آزمایش خازن را از سانده مطالبه نماید و پس از تجزیه و تحلیل قانع شود که منحنی های فراهم شده در حد کفایت دقیق می باشند واطمینان پیدا کند که به مناسب ترین و بی خطر ترین مقدار ممکن جهت فیوز محافظ دست یافته است در سالهای اخیربه منظو دستیابی به عمل قطع مطمئن یک فیوز و یا حداقل کاهش تعداد اتفاقات منجر به انفجار خازنهای با سیستم عایق مختلف تلاش زیادی صورت گرفته است .

بطور کلی از دیدگاه حفاظتی اختلاف بسیار زیادی برای انواع مختلفی خازنها وجود دارد که متاسفانه شرح کامل آن از حوصله این مقاله خارج است بطور اجمال مثلا اگر خازن از نوع MIXED DIELECTRIC باشد حفاظت آن بوسیله فیوزهای درونی جداگانه محاسنی از قبیل قطع سریع خازن داخلی (PACK ) معیوب کاهش قابل اغماض قدرت خروجی خازن عدم تغییر محسوس در عم

ر خازنهای باقیمانده احتمال کم انفجار محفظه خازن و امکان ساخت واحدهای بزرگ خازنی را دارد حال اگر نوع سیستم عایق خازن METALLIZED – DIELECTRIC باشد که اختلاف این دو نوع عمدتا در ضخامت ورق آلومینیوم آنها است نوع اخیر از ضخامت ورق کمتری برخوردار است در نتیجه مقاومت الکتریکی الکترودها (ورق آلومینیوم ) به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد در عمل ثابت شده که حفاظت با استفاده از روش فیوزهای درونی جداگانه در خیلی از موارد برای این قبیل خازنها اثری ندارد لذا جهت حفاظت خازنها با توجه به شرایط از کار افتادگی خازن نوع سیستم عایق بکار رفته و محل نصب آنها بایستی از روش مناسب استفاده شود از جمله روشهای دیگر حفاظتهای استفاده از قطع مکانیکی خازن استفاده از کلیدهای فشار و بکارگیری حفاظت دو فیوزه برون خازنی می باشد که هیچکدام بصورت صد درصد موثر شناخته نشده است .
بنابراین راه منطقی این است که از یک سیستم عایقی که هنگام از کار افتادن خازن گاز زیادی از خود متصاعد نکند استفاده شود همانگونه که توضیح داده شد با بکارگیری سیستم عایقALL- FILM این مهم میسر خواهد شد این نوع سیستم عایق امکان دستیابی به بهترین هماهنگی ممکن بین منحنی انفجار تانک خازن و منحنی مشخصه عملکرد فیوز به مصرف کننده می دهد .
نتیجه :
کاربرد خازنهای قدرت علیرغم محاسن و معیب آن اجتناب ناپذیر است لذا با توجه به انواع خازنها و طرحهای حفاظت مختلف که توسط سازندگان ارائه می گردد نهایت دقت در انتخاب نوع سیستم عایق خازن و طرح حفاظتی آن بایستی بعمل آید .
اهمال در بررسی و مطالعه مشخصه فنی خازنها و عدم انتخاب مناسب بانکهای خازنی می توند علاوه بر تحمیل هزینه سنگین تهیه و خرید خسارتهای جنبی دیگری از قبی صدمه زدن به تاسیسات و دستگاههای مجاور بر اثر احتمال بروز حریق تمیز کاری تعطیل بهره برداری و غیره را وارد نماید خازنهای با سیستم عایقALL – FILM در شرایط واقعی کار از توانایی بیشتر و بهره

برداری مطمئن نسبت به خازنهای با عایق PAPER – FILM برخوردارند .
از جمله این توانایی ها کم بودن تلفات حجم حرارت و هزینه بهره برداری آن است ضمنا قبل از اتخاذ هر گونه تعمیمی در جهت انتخاب خازن و نوع حفاظت آن شخص ارزیابی کننده باید از اهمیتی که شرکت برای ایمنی خازن قائل است مطلع باشد و به هر حال اطمینان حاصل نماید که طرح

حفاظت خازن پیشنهادی واقعا می توان خازن خریداری و نصب شده را به نحوی محافظت نماید که فیوز یا هر وسیله حفاظتی دیگر قبل از انفجار تانک عمل نموده و خازن را از مدار جدا سازد .
فصل هفتم
خلاصه فصل :
تنظیم رله های جریانی بر اساس محاسبات اتصا کوتاه سه فاز انجام می گیرد اما با در نظر گرفتن نوع ترانسفور ماتورهای تبدیل مورد استفاده در شبکه های توزیع که عموما ستاره – مثلث هستند می توان گفت که در تمام شرایط این نتایج کارآمد نیستند زیرا در اثر شرایط این نتایج کارآمد نیستند زیرا در اثر بروز خطای دو فاز در یک سمت ترانسفورماتور، از طرف دیگر جریان سه فاز خواهد گذشت و این پدیده فاصله زمانی لازم بین عملکرد رله هایاصلی و پشتیبان را کاهش داده و سبب عملکرد نابجای حفاظت پشتیبانی بجای اصلی خواهد شد این مسئله بخصوص از آنرو حائز اهمیت است که احتمال وقوع خطای دو فاز در خطوط هوایی توزیع از اتصال کوتاه سه فاز به مراتب بیشتر است .
در این مقاله سعی می شود تا از طریق بسط یک دیدگاه نظری روش عملی جهت محاسبات هماهنگی رله ها ارائه کرد تا در نهایت بهترین تنظیم های جریانی و زمانی ممکن را برای رله های جریان زیاد مورد استفاده در شبکه های توزیع و فوق توزیع فراهم آورد .
شرح فصل :
۱- مقدمه :
استفاده از رله های جریان زیاد (O. C) بمنظور تشخیص خطاهای فازی و رله های اتصال زمین (E/ F) جهت تشخیص خطاهای زمین در شبکه های توزیع و فوق توزیع کاملا متداول است .
در شبکه های توزیع از این رله ها بعنوان حفاظت اصلی و در شبکه های فوق توزیع گاهی بعنوان حفاظت اصلی و گاهی بعنوان حفاظت پشتیبان استفاده می شود .
بمنظور عملکرد صحیح سیستم حفاظتی و اجتناب از قطع بیمورد انرژی مصرف کنندگان بایستی میان تنظیم زمانی رله ها هماهنگی برقرار گردد یعنی میان زمان عملکرد رله اصلی و رله پشتیبان همواره حداقل فصاه زمانی معینی وجود داشته باشد تا از عملکرد نابجای رله ها و بی برق شدن بی دلیل بخشی از شبکه ممانعت بعمل آید .
با توجه به اینکه با رعایت فاصله زمانی لازم برای هماهنگی بین رله های اصلی و پشتیبان زمان علمکرد انتهایی ترین رله نسبت به محل مصرف شدیدا افزایش می یابد معمولا در شبکه های توزیع و خصوصا شبکه های فوق توزیع از رله های جریانی با منحنی مشخصه عملکرد معکوس (Inverse ) استفاده می کنند که با افزایش جریان خط زمان عملکرد رله نیز کاهش می یابد بدنی ترتیب زما

ن عملکرد رله نیز کاهش می یابد بدین ترتیب زمان عملکرد رله های دورتر از محل مصرف برای خطاهای مخرب با جریان بالا کمتر شده و امکان استفادهازاین رله ها برای شبکه های بزرگ و بهم پیوسته فراهم می گردد .
بیشترین جریان خطا برای هماهنگی رله های فازی جریان اتصال کوتاه سه فاز است . این مطلب را می توان با استفاده از روابط موجود در میان مدارهای معادل در آنالیز سیستم های قدرت نشان داد از این تحلیل می توان نتیجه گرفت : و بنابراین می تواند مبنای مناسبی برای محاسبات هماهنگی و تنظیم رله های جریان زیاد باشد . زیرا با توجه به طبیعت این رله ها اگر هماهنگی بازای بیشترین جریان خطا برقرار باشد می تون ادعاد کرد که هماهنگی بازای جریانهای پایین تر نیز برقرار خواهد بود .
۲- طرح مسئله :
در تنظیم رله های جریانی یک شبکه شعاعی فرض بر این است که از رله های اصلی و پشتیبانی هنگام وقوع خطا جریانی برابر می گذرد بر این اساس تنظیم زمانی رله های اصلی و پشتیبان با یک جریان خطا محاسبه می شود اما مشکلی که بواسطه وجود ترانسفورماتوری ستاره – مثلث در شبکه های توزیع و فوق توزیع پیش می آید این است که هنگام وقوع خطای دو فاز در یک سمت ترانس، در طرف دیگر در یکی از فازها جریان خطای سه فاز ظاهر خواهد شد که این پدیده سبب کم شدن فاصله زمانی میان عملکرد سبب کم شدن فاصله زمانی میان عملکرد رله های اصلی وپشتیبانی شده و در نهایت احتمال عملکرد نابجای رله پشتیبان بجای رله اصلی را بیشتر خواهد کرد دلیل وقوع این پدیده را با توجه به جریانهای گذرنده از سیم پیچ های تراسفورماتور در زمان وقوع خطا می توان نشان داد .
این مسئله خصوصا از آن جهت قابل تامل است که احتمال وقوع خطاهای دو فاز در خطوط هوایی توزیع از خطای اتصال کوتاه سه فاز به مراتب بیشتر است با در نظر گرفتن این حقیقت که بیشتر خطاهای تکفاز با زمین ناشی از پارگی های سیمهای خطوط با شکستن مقره ها نیز بدلیل مقاومت بالای مح خطا بویژه در نواحی گرم و خشک توسط رله های اتصال زمین قابل تشخیص نبوده و در نهایت بدلیل بالا بودن سطح ولتاژ روی مقره های مجاور نسبت به زمین به خطای دو فاز منجر خواهد شد از اینرو گاهی توسط پرسنل بهره برداری خطوط و پستها عنوان می شود که در اثر وقوع خطا در یکی از فیدرهای خروجی ترانسفورماتور بجای عمل کردن کلید مربوط به آن فیدر و پاک کردن موضعی خطا کلید اصلی طرف دیگر ترانسفورماتور عمل نموده و شینه اصلی را بی برق کرده است .
۳- راه حل پیشنهادی :
ممکن است پیشنهاد می شود که برای رفع این مشکل از جریان خطای دو فاز برای هماهنگی رله های اصلی و پشتیبان استفاده کنیم اما همانطوریکه در قسمت های قبلی اشاره شده مقدار جریان خطای دو فاز از جریان خطای سه فاز کمتر است و اگر تنظیم زمانی بین منحنی ها با استفاه از جریان کمتر انجام شده باشد در صورت وقوع خطای سه فاز دیگر فاصله زمانی لازم وجود نخواهد داشت و هماهنگی بهم خواهد خورد این حقیقت با استفاده از رسم منحنی های رله های

اصلی پشتیبان در یک صفحه مختصات جریان –ز مان قابل رویت می باشد .
پس برای انجام هماهنگی با در نظر گرفتن پدیده مورد بحث بایستی بدتری شرایط را در نظر بگیریم و آن حالتی است که از له اصلی جریان دو فاز و از رله پشتیبان جریان سه فاز می گذرد بنابراین بایستی تنطیم جریان سه فاز می گذرد بنابراین بایستی تنظیم زمانی رله اصلی بر مبنای خطای دو فاز و تنظیم رله پشتیان سر اساس خطای سه فاز محاسبه گردد این روش با استفاده از ن

مایش ترسیمی و منحنی های مشخص رله های اصلی و پشتیبان در شکل (۱) نشان داده شده است .
۴- روش محاسباتی تنظیم رله های جریانی :
هماهنگونه که از نمایش ترسیمی در شکل (۱) پیداست بایستی برای پیدا کردن تنظیم های زمانی رله های طرفین ترانس ابتدا زمان عملکرد رله اصلی را با استفاده از جراین خطای دو فاز بدست آورده و سپس با افزودن خطای دو فاز بدست آورده و سپس با افزودن فاصله زمانی لازم ( ۰٫۴ sec) زمان عملکرد رله پشتیبان را پیدا کنیم آنگاه با استفاده از جریان اتصال کوتاه سه فاز و زمان محاسبه شده تنظیم زمانی رله پشتیبان بدست می آید .
روش کار بدین صورت است که ابتدا تنظیم زمانی رله اصلی (T.D.S) را روی مینیمم مقدار خود ( مثلا ۰٫۰٫۵ ) قرار می دهیم آنگاه زمان عملکرد این رله را بازای جریان خطای دو فاز در محل کلید اصلی (با فرض باز بودن کلیدانتهای خط ) به کمک روش ترسیمی و با معادله ریاضی معرف منحنی مشخصه رله ( این معادله را با دقت بسیار خوبی با روشهای عددی بر ازش خم می توان پیدا کرد ) پیدا نموده و t 1 می نامیم به این زمان فاصله زمانی لازم برای هماهنگی رله های اصلی و پشتیبان (C.T.I ) را اضافه می کنیم زمان عملکرد لازم برای رله پشتیبان بدست می آید که آنرا t2 می نامیم به کمک t2 و جریان خطای سه فاز گذرانده از رله پشتیبان با استفاده از معادله مشخصه رله تنظیم زمانی با T.D. S رله پشتیبان بدست می آید بهمین ترتیب TDS بدست آمده را مبنا قرا رداده و T.D. S رله پشتیبان آنرا پیدا می کنیم تا همه رله ها هماهنگ شوند .