چرا از رله های حفاظتی استفاده می کنیم ؟

در این مقاله به عناوین زیر می پردازیم 

معرفی رله های حفاظتی (Protection relays)

انواع تشخیص خطا در رله حفاظتی اضافه جریان

نحوه محاسبه جریان در رله های اضافه جریان O/C

مختصری درباره حفاظت ارت فالت EART FAULT

بررسی رله خطای زمین جهت دار

انواع رله های حفاظتی اضافه جریان کدامند

رله های حفاظتی (Protection relays)

رله های حفاظتی (Protection relays) این وظیفه را بر عهده دارند تا در انواع مختلف به حفاظت بخشهای مختلف پست بپردازند.رله های حفاظتی (Protection relays) برای حفاظتهای گوناگون مورد استفاده قرار میگیرد.

علت استفاده از رله های حفاظتی (Protection relays) در پست های برق چیست ؟

در سیستم های قدرت برای انتقال ولتاژ به مکان های دور از کابل های فشار قوی استفاده میکنند و بخاطر طولانی بودن  مسیر تلفات بسیار زیاد میشود از این رو بوسیله ترانسفورماتور های قدرت این ولتاژ به مقدار چند هزار ولت افزیش میدهند و بعد از انتقال و رسیدن به مقصد برای  استفاده مصرف کننده این مقدار ولتاژ مجددا به وسیله ترانس کاهنده به سطح ولتاژ مطلوب کاهش پیدا میکند و در پست های برق فشار قوی که این ترانسفورماتورها نصب میشوند به علت کار کردن در سطح ولتاژ بسیار بالا ابعاد و اندازه ترانس ها بسیار بزرگ و وزن آن ها بسیار سنگین است و همچنین از قیمت بسیار بالایی برخوردار اند.

بریکر (breaker)

کلید های قدرتی که در پستها استفاده میشوند چون در سطح ولتاژ بسیار زیادی کار میکنند دارای مکانیزم پیچیده ای هستند که بتوانند در این سطح ولتاژ کار کنند.

اتصال یا قطع جریان در این سطح از ولتاژ آرک بسیار شدیدی تولید میکند که بسیار زیان اور و خسارت بار است به همین دلیل از کلید های قدرت یا اصطلاحا بریکر استفاده میکنند که مکانیزم خفه کننده آرک در انواع مختلف را دارند.

سکسیونر

مکایزم کلید به نحوی عمل میکند که  قطع و وصل کلید درون محفظه ای صورت میگیرد که وظیفه ان خفه کردن آرک ناشی از این اتصال است و در واقع قطع و وصل کلید بصورت چشمی قابل رویت نیست. به همین دلیل در پست های برق فشار قوی از کلید هایی استفاده میشوند که برای اطمینان بیشتر از قطع مدار از آنها بهره میگیرند که این کلیدها کلیدهای ولتاژِ هستند که قابلیت قطع زیر بار را ندارند و به آنها سکسیونر گفته میشود.سکسیونرها در انواع مختتلف وجود دارند و یکی ا ز کاربرد های ان استفاده در دو طرف بریکر است و در هنگاه قطع کلید این دو سکسیونر را باز میکنند تا ضریب اطمینان و ایمنی خط بالا رود.باز شدن سکسیونر به نحوی است که قطع بودن برق با چشم قابل رویت است و این اطمینان را بما میدهد که هم اکنون خط ما بی برق است.

این لوازم و وسایلی که توضیح آن داده شد نیازمند حفاظت هستند زیرا اگر خطایی بر روی خط فشار قوی اتفاق بی افتد علاوه بر امکان اتش سوزی خسرات بسیار زیاد و جبران ناپذیری ایجاد میکند که وجود حفاظت را بسیار ضروری میکند.

تقسیم بنده حفاظت رله ها

1. حفاظت کابل و خط
2. حفاظت ترانس
3. حفاظت موتور
4. حفاظت ژنراتور
5. حفاظت باسبار
6. حفاظت سیستم های قدرت

هر حفاظت شامل تعدادی رله حفاظتی است که در اینجا بخشی از آن ها را توضیح می دهیم.

انواع تشخیص خطا در رله اضافه جریان

1. تشخیص بر اساس زمان
2. تشخیص بر اساس جریان
3. تشخیص بر اساس جریان و زمان

در مقوله حفاظت هدف جداسازی بخش سالم سیستم از قسمت خطا دار سیستم است که در ادامه به بررسی انواع تشخیص خطا میپردازیم.

• تشخیص خطای رله های اضافه جریان بر اساس زمان

در این نوع حفاظت ، خطا در قسمت (F) اتفاق می افتد در این روش برای رله ها  یک زمان مناسب  در نظر گرفته شده است تا در صورت وجود خطا در یک زمان مناسب نزدیک ترین کلید به خطا باز شود در این نوع شکل حفاظت های اضافه جریان در B C D E در نظر گرفته شده است که همگی ز نوع زمان ثابت در نظر گرفته میشود بنا براین اندازه جریان هیچ نقشی در برقراری همتهنگی ندارد به عبارت دیگر عملکرد زمان مستقل از عملکرد جریان میباشد.

رله اضافه جریان

یکی از مهمترین رله های حفاظتی (Protection relays) در حفاظت خطوط انتقال ، رله های اضافه جریان میباشند که وظیفه آن ها تشخیص اضافه جریان در خط و حفاظت در برابر خطا و فالت و برطرف کردن آن است.

1. انواع رله اضافه جریان
2. بر حسب تشخیص خطا
3. بر حسب زمان عملکرد

بر حسب تشخیص خطا

1. جریان زیاد OVER CURRENT
2. خطای زمین EARTH FULT
3. جریان زیاد جهت دار DIRECTIONAL OVER CURRENT
4. خطای زمین جهت دار DIRECTIONAL EART FULT
5. خطای زمین حساس  SENSITIVE EART FULT

بر حسب زمان عملکرد

1. زمان ثابت  DEFINITE TIME
2. زمان معکوس INVERS TIME
3. لحظه ای یا آنی INSTANTANEOUS

برحسب عملکرد

1. در فیدر های توزیع و فوق توزیع با سطح ولتاژ کمتر از 63KV  که تغذیه خطا از یک سمت است.
2. جاهایی که حفاظت آنی ضرورتی ندارد و خطای طولانی قابل توجیه است .
3. در خطوط انتقال بصورت جهت دار یا غیر جهت دار و بصورت حفاظت پشتیبان

قاعده اساسی در هماهنگی رله بدین صورت میباشد که اولا در یک ارایش حفاظتی سری از رله های همسان استفاده گردد و دوما اطمینان از اینکه دورترین رله از منبع تذیه تنظیم زمانی بیشتری نسبت به رله بالا دست ( رله های نزدیک به منبع تغذیه) داشته باشد.

تشخیص خطای رله های اضافه جریان بر اساس زمان

در این نوع حفاظت ، خطا در قسمت (F) اتفاق می افتد در این روش برای رله ها  یک زمان مناسب  در نظر گرفته شده است تا در صورت وجود خطا در یک زمان مناسب نزدیک ترین کلید به خطا باز شود در این نوع شکل حفاظت های اضافه جریان در B C D E در نظر گرفته شده است که همگی از نوع زمان ثابت در نظر گرفته میشود بنا براین اندازه جریان هیچ نقشی در برقراری همتهنگی ندارد به عبارت دیگر عملکرد زمان مستقل از عملکرد جریان می باشد.

تشخیص خطای رله های اضافه جریان بر اساس جریان

در این روش هر رله نسبت به رله پایین دست خود دارای  تاخیر زمانی است تا در صورت بروز خطا مثلا در نقطه F قبل از اینکه رله های C,D را حس کنند رله B کلید خود را قطع میکند اختلاف زمانی بین رله ها باید بقدر کافی باشد تا قبل از پاکسازی خطا رله های بالا دست عمل نکند.

تشخیص خطای رله های اضافه جریان بر اساس زمان و جریان

در این روش تنظیم رله ها بصورتی است که مقدار زمان قطع با جریان خطا نسبت عکس داشته و هر چقدر مقدار جریان بیشتر باشد زمان عملکرد زودتراتفاق می افتد. به این رله ها رله های IDMT میگویند ( INVERS DEFINITE MINIMUM TIME)  

یک رله اضافه جریان غالبا قابلیت تشخیص خطا زمین را نیز دارد . برای عملکرد صحیح نیاز است جریانهای نمونه گیری شده طبق ارایش مشخص از ثانویه ترانس جریانCT به ورودی رله داده شود اگر جریان ورودی رله سه المانه باشد قابلیت تشخیص خطای اضافه جریان را دارد  و اگر 4 المانه باشد قابلیت تشخیص خطای زمین را دارد. در استاندارد کد ANSI برای O/C عدد 50/51 و برای E/F ارت فالت 50N / 51N تعریف شده است. که کد 50 و 50N عملکرد آنی و لحظه ای رله های جریان میباشد و کد 51N / 51  عملکرد تاخیری رله های جریانی هستند.

نحوه محاسبه جریان در رله های اضافه جریان O/C

1-محاسبه جریان توسط جمع جبری فازها

2-محاسبه جریان بوسیله اندازه با CT  کوربالانس که هر سه فاز از درون ان عبور میکند.

درزمان ثابت DT هر گاه جریان به 51 برسد رله قطع میکند و اگر به 52 برسد در 52 قطع میکند و اگر مقدار جریان بیشتر شود تاثیری در زمان قطع ندارد.

در زمان تاخیری INVERS TIME  هر چقدر مقدار جریان بیشتر شود زمان تریپ کاهش پیدا میکند و در جریان های کمتر مقدار تریپ کاهش پیدا میکند.

محاسبه اندازه گیری تست جمع جبری جریانها خطای رله های اضافه جریان

در حالت عادی جمع جبری جریان ها صفر میشود و جریانی از رله عبور نمیکند و رله عمل نمیکند ولی اگر یکی از فازها به زمین اتصال پیدا کند از سیم پیچ ارت جریان عبور می کند و رله ارت فالت (E/F)عمل میکند و اگر اتصال دو فاز اتفاق بیفتد تعادل جریان در سیم پیچ های ورودی فاز رله بهم میخورد و رله بصورت فاز یا اور کارنت (O/C) عمل میکند.

اندازه گیری توسط CT کوربالس

در CT کور بالانس هر سه فاز از درون CT رد می شود و اگر ارت فالت (E/F) توسط سیم پیچ CT کوربالانس اندازه گیری شود به آن ارت فالت حساس یا SENSITIVE E/F می گویند و مقدار محاسبه جریان بسیار کمتر از E/F خواهد بود این رله بیشتر برای نشتی کابل استفاده می شود.

حفاظت ارت فالت EART FAULT

توضیح این رله را برای فهم بیشتر با  یک سوال شروع میکنیم چرا ما در رله اضافه جریان از حفاظت ارت فالت E/Fبهره میگیریم ؟

خطای  ارت فالت E/F که همان خطای فاز به زمین است نسبت به خطای اورکارنت O/C که خطای فاز به فاز میباشد بیشتر است.

تنها در صورت جاری شدن جریان خطا به زمین مولفه مذکور وجود دارد،بنابراین تنظیم این رله ها مستقل از جریان بار (صرف نظر از متعادل بودن یا نبودن آن) صورت میگیرد و میتوان آنها را در مقادیر کمتری تنظیم نمود(حفاظت حساس تر)

تنظیم جریان در رله های ارت فالت (E/F)

در حالت عادی جریانی از رله های اتصال زمین نمیگذرد بنابراین میتوان تنظیم این رله ها را بسیار کمتر از مقدار نامی قرار داد و به طور معمول تنظیم رله ها گستره 80% – 10% جریان نامی را شامل میشود و تقریبا میتوان گفت در تنظیمات حدودا 5/1 جریان اورکارنت (O/C) تنظیم میشود.

مانند رله های جریان زیاد، این رله ها باید برای تمام خطاهای خط بعدی به عنوان رله پشتیبان عمل کنند در تنظیم این رله ها ملاک،مقدار جریان خطای تک فاز به زمین است بنابراین جریان عملکرد رله های اتصال زمین باید از حداقل جریان اتصال کوتاه تک فاز به زمین خط مجاور کمتر باشد.

رله اضافه جریان جهتی DIRECTIONAL OVER CURRENT

زمانی که جریان خطا بتواند از دو جهت تغذیه شود نیاز به حفاظت کاملتری از حفاظت اضافه جریان مورد نیاز است.به همین دلیل رله هایی ساخته شده اند که دارای یک واحد کنترل جهت بوده و برای این منظور علاوه بر ورودی جریان ورودی ولتاژی نیز دارند.

به عنوان مثال در خطوط موازی روبرو که از منبعی  در یک طرف تغذیه میشوند چنانچه رله های R1`و R2` جهت دار نباشند در اثر خطای F هر دو میتوانند عمل نموده (صرف نظر از مقدار جریان) و هر دو خط قطع و انتقال توان به بار کاملا مختل میشود.

در اینجا زمانی که فالت اتفاق می افتد همانند یک سیاه چاله عمل میکند و از دو طرف جریان را در خود میکشد در اینجا رله R1 عمل میکند و کلید R1` هم عمل میکند چون جهت ان هم جهت با جریان فالت میباشد ولی رله R2` عمل نمیکند چون جهت ان با جهت جریان فالت مخالف است.

حال اگر فالت در خط پایین اتفاق بیفتد تحلیل مدار بدین صورت میشود:

رله های R1,R2 که در پایانه ارسال توان قرار دارند نیازی نیست جهت دار باشند چرا که جهت توان (جریان) در انها ثابت است رله های جریان زیاد جهتی دارای دو عنصر جریان زیاد و جهتی هستندو عملکرد رله منوط به عملکرد هر دوی اینها است.در این شکل رله R2 عمل میکند به دلیل نزدیک بودن به فالت ورله R2` هم عمل میکند زیرا هم جهت است با جریان فالت ولی رله R1` عمل نمیکند چون جهت ان با جریان فالت مخالف است.

رله خطای زمین جهت دار (DIRECTIONAL EART FAULT)

برای شناسایی خطاهای زمین با تشخیص جهت از رله های DIRECTIONAL EART FAULT استفاده میشود به به اختصار ان را DEF مینامند. جریانی که از رله های خطای زمین میگذرد جریان باقیمانده میتواند از هر فازی باشد بسته به اینکه کدام فاز اتصال کوتاه شده است و در پست های فوق توضیع و انتقال ا زاین رله ها به عنوان رله پشتیبان استفاده میشود.

بطور مثال در سطح ولتاژ فوق توزیع ( 63KV-132KV) از رله های اضافه جریان جهتی (DOC) و رله خطای زمین جهت دار (DEF) استفاده می شود.

حال با مثالی کاربردی نحوه استفاده و کاربرد رله اضافه جریان جهتی را توضیح میدهیم :

دراینجا ما دو باسبار داریم به نامهای A,B فالتی در ترانس T1 اتفاق می افتد, و برای ما این مهم است که هر دو باسبار بی برق نشوند.با شروع فالت د رترانسT1 , جریان از هر دو طرف کشیده میشود در قسمت بالا به محض کشیده شدن جریان توسط خطای FAULT رله O/C T1 عمل میکند و ترانس T1 بی برق میشود.

و در ادامه جریانی که از ترانس T2  به سمت نقطه فالت کشیده میشود با رله اضافه جریان جهتی ترانس دو (DOC T2) مواجه میشود که چون با جهت جریان مغایرت دارد عمل نمیکند و در ادامه مسیر به رله اضافه جریان جهتی (DOC T1) ترانس یک برخورد میکند و چون با آن هم جهت است عمل کرده و ترانس T1 از هر دو سمت بی برق میشود نکته اصلی این حفاظت اینجاست که چون رله اضافه جریان جهتی ترانس دو (DOC T2) عمل نمیکند باس B برقدار باقی میماند.

و همچنین رله اضافه جریان ترانس دو (O/C T2) چون بصورت تاخیری تنظیم شده است عمل نمیکند.

در این قسمت به معرفی انواع رله های اضافه جریان با برند های مختلف میپردازیم ولی به دلیل گستردگی این رله ها به چند مورد بسنده میکنیم.رله های معرفی شده دارای فانکشن ها و قابلیت های دیگر نیز هستند ولی در اینجا فقط به فانکشن (O/C)  و (E/F) می پردازیم.

انواع رله های حفاظتی اضافه جریان