رله‌های حفاظتی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: سیستم‌های قدرت وظیفه تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای مصرف کننده‌های الکتریکی را به عهده دارند. این سیستم ها، همانند بقیه سیستم‌های مهندسی باید به گونه‌ای طراحی شوند که ضمن اقتصادی بودن از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار باشند. بالا بودن قابلیت اطمینان یک سیستم، بدین معنا نیست که در آن هیچ گونه ایرادی به وجود نخواهد آمد بلکه همواره احتمال وقوع حالت‌های ناخواسته و غیر عادی که موجب اختلال در عملکرد سیستم می‌شوند، وجود دارد. در سیستم‌های قدرت نیز حالت‌های بسیاری وجود دارد که می‌تواند باعث قطع تغذیه مصرف کننده ها، آسیب رسیدن به اجزاء سیستم، آسیب رسیدن به افراد و... شود.

به طور کلی هر حالت غیر عادی که در عملکرد سیستم به وجود می‌آید، خطا نامیده می‌شود. از این حالت‌های غیر عادی می‌توان به وقوع اتصال کوتاه، افزایش و یا کاهش بیش از حد ولتاژ، افزایش و یا کاهش بیش از حد فرکانس، افزایش حرارت تجهیزات در اثر توان عبوری بیش از حد از آن‌ها یا اضافه بار، از سنکرون خارج شدن ژنراتور‌ها و ... اشاره کرد


اتصال کوتاه‌ها از مهمترین و پراحتمال ترین خطاهایی هستند که در یک شبکه به وجود می‌آید. این خطا‌ها ممکن است بر اثر برخورد یک یا دو فاز با زمین، اتصال دو یا سه فاز به یکدیگر و ... به وجود آیند که در این حالت جریان زیادی در حدود ۱۰ تا ۱۰۰ برابر جریان عادی، از شبکه عبور می‌کند.

عبور این جریان می‌تواند اثرات مختلف و زیان باری روی شبکه داشته باشد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به اثرات حرارتی روی تجهیزات اشاره کرد که باعث سوختن و آسیب دیدن عایق آن‌ها می‌شود. این امر ممکن است در زمانی در حدود چند ثانیه صورت گیرد. از این رو رفع خطا در یک سیستم باید در کوتاهترین زمان ممکن صورت گیرد. برای تشخیص حالت‌های غیرعادی در یک شبکه و ایزوله کردن بخش معیوب از سایر بخش‌ها از سیستم حفاظت استفاده می‌شود. در اغلب موارد خطاهای به وجود آمده در سیستم قدرت، باعث تغییرات ناخواسته و شدید در اندازه ولتاژ یا جریان می‌شوند. از این رو تقریبا در تمامی خطا‌ها با اندازه گیری میزان جریان و ولتاژ، می‌توان وقوع خطا را تشخیص داد.

در سیستم‌های حفاظت و در مرحله اول با استفاده از ترانس‌های ولتاژ و جریان، اندازه ولتاژ و جریان کاهش پیدا کرده تا به میزان قابل استفاده برای تجهیزات سیستم حفاظت برسد. از انواع رله‌ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

۱. رله اضافه جریان

۲. رله‌های ولتاژی

۳. رله خطای زمین

۴. رله دیفرانسیل

۵. رله زمین محدود شده

۶. رله‌های فرکانسی

۷. رله بر گشت توان

۸. رله حفاظت در برابر بار نامتقارن

رله حفاظتی در برابر زمان استارت طولانی

رله بوخهلتز

در این قسمت ۳ مورد از رله‌ها را بررسی می‌کنیم:

رله اضافه جریان:

حفاظت یک شبکه الکتریکی در برابر جریانهای زیاد یکی از اولیه‌ترین حفاظت‌ها در شبکه است. باید توجه داشت که حفاظت در برابر اضافه جریان با حفاظت در برابر اضافه بار متفاوت است. در اضافه جریان‌ها که ناشی از وقوع اتصال کوتاه بین یک یا دو فاز با زمین، اتصال بین دو فاز و ... هستند، جریان به مراتب بیشتری نسبت به حالت‌های اضافه بار از شبکه می‌گذرد که این جریان باید در کوتا هترین زمان ممکن تشخیص داده شده و قطع شود.

برای حفاظت در برابر اضافه جریان از رله Over current که دراستاندارد ANSI با کد شماره ۵۰ یا ۵۱ مشخص شدهُ استفاده می‌شود. این متن برگرفته از سایت مهندسی برق قدرت و شبکه‌های انتقال و توزیع مهندس هادی حداد خوزانی می‌باشدکد شماره ۵۰، برای زمان عملکرد لحظه‌ای و کد ۵۱ برای عملکرد با تأخیر زمانی است. در حالت عملکرد لحظه‌ای پس از این که جریان از، میزان تنظیم شده برای رله بیشتر شد، رله آن را تشخیص داده و بلافاصله تریپ می‌دهد. در عملکرد باتأخیر زمانی، پس از رسیدن جریان به میزان تنظیم شده، رله پس از مدت زمانی که به میزان جریان بستگی دارد، دستور تریپ را صادر می‌کند. در این حالت معمولا از منحنی‌های معکوس با شکل و شیب متفاوت استفاده میشود.

رله‌های ولتاژی:

معمولا تجهیزات مورد استفاده در یک شبکه الکتریکی برای کار در یک ولتاژ مشخصی طراحی شده اند. ازاین رو نباید ولتاژ اعمالی به آن‌ها از حد مشخصی کمتر و یا بیشتر شود. محدوده این تغییرات به نوع دستگاه بستگی دارد. برای حفاظت شبکه‌های الکتریکی در برابر تغییرات ولتاژ، از دو نوع رله به نام رله Under Voltage و رله Over Voltage استفاده میشود.

رله Under Voltage:

برای حفاظت تجهیزاتی که در اثر افت ولتاژ آسیب می‌بینند مانند الکتروموتور‌ها به کار برده می‌شود. این رله معمولا دارای یک تنظیم ولتاژی و یک تنظیم زمانی است و در صورت افت ولتاژ شبکه تا حد تنظیم شده و پس ازطی زمان تنظیم شده عمل می‌کند. تنظیمات این رله به نوع وسیله مورد حفاظت بستگی دارد. به عنوان مثال در مورد موتورهای الکتریکی، تنظیم ولتاژی این رله در حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد ولتاژ نامی و تنظیم زمانی آن در حدود چند ثانیه است.

رله: Over voltage:

برای حفاظت شبکه در برابر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد و معمولا دارای دو تنظیم زمانی و ولتاژی است. در صورت افزایش بیش از حد ولتاژ شبکه و رسیدن به حد تنظیم شده، در زمان تنظیم شده عمل می‌کنند. تنظیم ولتاژی این رله در حدود ۱۲۰ درصد ولتاژ نامی و تنظیم زمانی آن در حدود چند ثانیه است. این رله معمولا در خروجی ژنراتور‌ها و روی با س. بار اصلی شبکه نصب میشود.