اصول کار رله‌های حفاظتی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: در تاسیسات الکتریکی مانند شبکه انتقال انرژی، مولد‌ها و ترانس‌ها و تجهیزات و اسباب و ادوات دیگر برقی در اثر نقصان عایق بندی و یا ضعف استقامت الکتریکی، دینامیکی و الکتریکی در مقابل فشارهای ضربه‌ای پیش بینی نشده و همچنین در اثر ازدیاد بیش از حد مجاز درجه حرارت، خطاهایی پدید می‌آید که اغلب موجب قطع انرژی می‌گردد.

این خطا‌ها ممکن است بصورت اتصال کوتاه، اتصال زمین ، پارگی و قطع شدگی هادی‌ها و خورده شدن و شکسته شدن عایق‌ها و ... ظاهر شود. قطعات یا  وسایلی که چنین خطایی پیدا می‌کنند باید بلافاصله از شبکه‌ای که آنرا تغذیه می‌کند جدا شود تا ازدیاد و گسترش خطا و از کار افتادن بقیه قسمت‌های سالم شبکه جلوگیری گردد.

پس باید شبکه طوری طرح ریزی شود که از یک پایداری و ثبات قابل قبول در حد امکان برخوردار باشد برای این کار باید از رله استفاده کرد ء. وظیفه رله این است که در وقع پیش آمدن خطا در محلی از شبکه برق متوجه خطا شود و آن خطا را بسنجد و دستگاه خبر را آماده کند یا در صورت لزوم خود رله عمل کندو سبب قطع مدار الکتریکی شود.

رله و ساختمان آن

رله اصولا به دستگاهی گفته می‌شود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی و یا کمیت فیزیکی مشخص تحریک می‌شود و موجب به کار افتادن دستگاه و یا دستگاه‌های الکتریکی دیگری می‌شود.

رله‌ای که برای حفاظت دستگاههای برقی به کار برده می‌شود رله حفاظتی نامیده می‌شود ورله از نظر اتصال به شبکه به دو نوع اولیه (پریمر) و ثانویه (زکوندر) تقسیم می‌شود.

رله اولیه یا پریمر:

در این نوع رله سیم پیچی تحریک شونده مستقیما در مدار قرار دارد یعنی بدون ترانس جریان یا ولتاژ در مدار قرار می‌گیرد.

معایب رله اولیه:

۱ - حجم بزرگ (از نظر عایق بندی)

۲ - حساسیت کمتر

۳ - عدم دسترسی در حین کار (نمی توان دست زد)

۴ - محدودیت جریان و ولتاژ (در ولتاژ و جریان زیاد نمی‌توان بکار برد)

مزایای رله اولیه:

۱ - ارزانتر

2- امکان تشخیص سریعتر اشکال در سیستم حفاظت

 

رله ثانویه یا زکوندر:

رله‌ای که سیم پیچ تحریک کننده آن از سیم پیچ ثانویه ترانس جریان یا ولتاژ شبکه‌ای که باید حفاظت شود نیرو می‌گیرد رله زکوندر نامیده می‌شود.

معایب رله ثانویه عبارتند از:

۱ - گرانتر

 

۲ - خرابی بیشتر

مزایای رله ثانویه عبارتند از

۱ - حجم کوچکتر

۲ - حساسیت بیشتر

هدف از حفاظت:

برای جلوگیری از صدمه بیشتر قسمت آسیب دیده و جلوگیری از صدمه دیدن قسمت‌های سالم

مشخصات سیستم حفاظت:

۱ - سرعت عملکرد رله ۲ - قابلیت انتخاب ۳ - حساسیت ۴ - پایداری ۵ - هزینه

۱ - سرعت عملکرد رله: فاصله زمانی بین وقوع اتصال و عملکرد رله کم باشد.

۲ - قابلیت انتخاب: فقط قسمت آسیب دیده ازمدار خارج می‌شود.

۳ - حساسیت: بین حداکثر مقدار مجازو حداقل مقدار غیر مجاز تفاوت گذاشته شود.

۴ - پایداری: جلوگیری از عملکرد رله در شرایط گذرا.

۵ - هزینه: رله‌ای که در هر قسمت از سیستم قرار می‌دهند بایستی هزینه رله را در نظر داشته باشند.

حفاظت از خطوط ۱۳۲ کیلو ولت:

انواع رله هایی که در خطوط ۱۳۲ کیلو ولت بکار می‌روند عبارتند از: SUB۱ یا رله‌های اصلی که

عبارتند از:

رله دیستانس، رله اتو رکلوزر، رله پاور سوئینگ، رله فیوز فیلور

و SUB۲ یا رله‌های پشتیبانی عبارتند از::

رله اورکارنت دایرکشنال و رله ارت فالت دایرکشنال

رله دیستانس (رله مقاومت سنج):

رله دیستانس از لحاظ کار مانند رله جریان زیاد در مقابل اتصال کوتاه می‌باشد و رله دیستانس بر اساس فاصله یا امپدانس عمل می‌کند یعنی رله دیستانس زمانی عمل می‌کند که امپدانس خط از مقدار تنظیم شده کمتر باشد در غیر این صورت عمل نمی‌کند و از لحاظی، چون مقاومت مصرف کننده‌ها در حد تنظیم نیست از امپدانس مصرف کننده‌ها صرف نظر شده ودر زمان اتصال کوتاه طبق رابطه Z=U/ I. امپدانس کم می‌شود، چون جریان زیاد می‌گردد و هر چقدر این امپدانس به رله نزدیکتر شود رله زودتر قطع می‌کند.

در ضمن در شبکه‌ای که چند رله دیستانس بکار می‌رود در موقع اتصالی همه رله‌های دیستانس تحریک شده، ولی فقط رله‌ای قطع می‌کند که به محل اتصال نزدیک بوده وبقیه رله‌ها به حال خود بز می‌گردد.

رله اتو رکلوزر:

انتقال انرژی همیشه در اثر برخورد دو سیم به هم یا سیم به زمین، اتصالی بوجود نمی‌آید بلکه عامل بیشتر اتصال‌ها در اثر جرقه قوس الکتریکی می‌باشد. این قوس ممکن است بین سیم و زمین در طول مقره یا بین دو سیم زده شود و جرقه معمولا به علت نا مساعد بودن هوا که شامل برف و مه و طوفان و یا در اثر ازدیاد ولتاژ شبکه که شامل صاعقه یا قطع و وصل می‌باشد در کلید بوجود می‌آید، چنین جرقه هایی اغلب با قطع آنی و کوتاه مدت فشار شبکه از بین رفته و خاموش می‌شود. برای پایداری شبکه از یک نوع کلید در مدارهای فشار قوی از ۲۰ کیلو ولت به بالا و معمولا بیشتر در شبکه‌های هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، چون اغلب اتصالی‌ها در شبکه هوایی رخ می‌دهد.

تعریف رکلوزر:

وسیله‌ای است که در زمان اتصال کوتاه یا اتصال گذرا خط را قطع، مجددا به طور اتومات وصل کند و در مواقع اتصال دائم خط را قطع دائم می‌نماید.

اتصال گذرا شامل: ۱ - پرنده ۲ - گیر کردن شاخه درخت به سیم ۳ - در اثر باد یا طوفان

اتصال دائم شامل: ۱ - پارگی سیم ۲ - کابل زدگی یا زخم شدن کابل ۳ - یخ بستن

رله پاور سوئینگ:

برداشتن بار از شبکه باعث نوسان شدید که ناشی از تغییر بار شدید است می‌گردد و زمان آن بسیار کوتاه است و خط یک امپدانس شدید بوجود می‌آورد که ممکن است درداخل دایره رله حفاظتی دیستانس می‌باشد و در نتیجه رله عمل نماید برای جلوگیری از این کار یک مدار به عنوان پاورسوئینگ بلوکینگ اضافه می‌کنیم و از عملکرد بی مورد رله دیستانس جلوگیری می‌نماییم.

رله فیوز فیلور:

فیوز فیلور در خطوط ۱۳۲ کیلو ولت بکار می‌رود و طرز کار آن به این صورت است که چنانچه فیوز تغذیه ولتاژ رله دیستانس که در ثانویه ترانس ولتاژ قرار دارد عمل کند، ولی لتصالی در شبکه وجود نداشته باشد فیوز فیلور عمل نموده باعث بلاک رله دییستانس می‌شود. زیرا می‌دانیم رله دیستانس براساس Z=U/ I. کار می‌کند. سپس اگر ولتاژ قطع شود رله دیستانس به خطا عمل می‌نماید که در این حالت فیوز فیلور از این خطا جلوگیری می‌کند با عملکرد فیوز فیلور آلارم شاخص قرمز رنگی نشان داده می‌شود پس از وصل فیوز دکمه قرمز رنگ فیوز فیلور را ریست می‌کنیم.

رله اور کارنت دایرکشنال:

رله اورکارنت دایرکشنال که زمان روی آن تنظیم شده و بر طبق آن عمل می‌کند و کاربرد رله جریان زیاد دایرکشنال برای مواردی که اتصالی از یک طرف تغذیه می‌شود به کار می‌رود.

انواع رله جریان زیاد عبارتند از:: ۱ - زمان ثابت ۲ - زمان معکوس ۳ - آنی

۱ - زمان ثابت: زمان عملکرد قابل تنظیم و به مقدار شدت ارتباط ندارد یا به عبارت دیگر رله‌ای است که در زمان معینی تنظیم می‌شود.

۲ - زمان معکوس: زمان عملکرد نسبت عکس با شدت جریان دارد یا به عبارت دیگر هر چقدر شدت جریان زیادتر شود زمان قطع کمتر می‌شود.

۳ - آنی: زمان عملکرد صفر است.

رله ارت فالت دایرکشنال:

رله‌ای است که مستقیما از اتصال زمین تغذیه می‌کند و در هنگامی که یک فاز یا دو فاز یا هر سه فاز به زمین وصل شود و جریان از آن بگذرد و به زمین برسد فورا رله آن را دیده و بوبین آن تحریک شده و فرمان قطع را صادر می‌کند و شاخص آن این عمل را نشان می‌دهد.

حفاظت از باسبار‌ها:

حفاظت اصلی باسبار‌ها توسط رله دیفرانسیل و حفاظت فرعی یا پشتیبانی آن‌ها توسط رله‌های اورکارنت و ارت فالت می‌باشد.

رله دیفرانسیل:

رله دیفرانسیل بر اساس مقایسه جریان‌ها (تراز جریانی) کار می‌کند و به مقدار جریان بستگی ندارد و فقط اگر ضریب تبدیل بهم بخورد رله عمل می‌کند. رله دیفرانسیل برای حفاظت ترانس، ژنراتور، باسبار، الکتروموتور بکار می‌رود.

مواردی که باعث عملکرد نا خواسته رله دیفرانسیل می‌شود:

الف.: اشباع ترانس‌های جریان CT۱ و CT۲ در اثر عبور جریان اتصال کوتاه خارج از محدوده حفاظت باعث عملکرد رله می‌شود.

ب.: وجود تپچنجر در ترانس قدرت.

ج.: جریان ضربه‌ای در حفاظت ترانس قدرت.

بنابراین رله دیفرانسیل باید طوری ساخته شود که در موارد بالا از عملکرد آن جلوگیری شود.

الف. - اشباع ترانس‌های جریان: در اثر عبور جریان زیاد ناشی از اتصال کوتاه خارج از محدوده، حفاظت ترانس‌های جریان به ناحیه اشباع می‌رسد و بعلت عدم تطبیق منحنی‌های مغناطیسی آن‌ها در ناحیه اشباع و در نتیجه خطای ترانس‌های جریان، اختلاف جریانی بوجود می‌آید که می‌تواند باعث عملکرد نا خواسته رله شود.

ب. - وجود تپ چنجر در ترانس‌های قدرت: در اثر تغییر مراحل تپ چنجر در ترانس‌های قدرت، چون نسبت تبدیل ترانس‌ها در زمان تعویض تپ تغییر می‌کند در نتیجه در نسبت جریان اولیه و ثانویه نیز تغییری بوجود می‌آورد که باعث عملکرد ناخواسته رله می‌شود. برای جلوگیری از عملکرد رله دیفرانسیل باید پایدار باشد.

ج. – جریان ضربه‌ای: هنگام برقدار کردن ترانس (در صورت باز بودن ثانویه) یک جریان ضربه‌ای که مقدار آن به ۸ تا ۱۲ برابر جریان نامی می‌رسد از سیم پیچ اولیه عبور می‌کند که، چون مقدار آن در سیم پیچ اولیه می‌باشد و جریان ثانویه صفر است رله دیفرانسیل به علت تفاوت جریان عمل خواهد کرد در صورتی که این جریان زیاد، پس از چند میلی ثانیه کاهش می‌یابد و به جریان بی باری می‌رسد رله نباید در این حالت عمل نماید برای جلوگیری از عملکرد رله باید inrush Proof باشد.

دستگاه حفاظت و مراقبت روغن:

دستگاه هایی که جهت مراقبت روغن برای تعیین وتشخیص اتصال کوتاه در ترانس‌های روغنی روغنی بکار برده می‌شود عبارتند از:: رله بوخهلتس و رله توی بر.

رله توی بر در درجه اول برای حفاظت ترانس در مقابل اضافه بار و درجه دوم برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه بکار می‌رود؛ لذا برای شناسایی اتصال در داخل ترانس بیشتر از رله بوخهلتس استفاده می‌شود

رله بوخهلتس:

رله بوخهلتس رله‌ای است که جهت حفاظت دستگاه هایی که توسط روغن خنک می‌شود بکار می‌رود. این رله در اثر تولید گاز یا هوا در داخل منبع روغنی یا پایین آمدن سطح روغن از حد مجاز ویا جریان شدید بیش از حد مجاز روغن به کار می‌افتد و در مرحله اول زنگ خطر را بکار می‌اندازد و سطح روغن اگر بیشتر افت کرد در مرحله دوم دستگاه را قطع می‌کند. در رله بوخهلتس از روغن بعنوان عایق کاری و خنک کننده استفاده می‌شود.

عواملی که سبب بکار انداختن رله بوخهلتس می‌شود:

۱ - جرقه بین هسته و قسمت‌های مختلف ترانس.

۲ - اتصال زمین بین حلقه‌های کلاف.

۳ - قطع شدن یک فاز یا سوختن آن.

۴ - چکه کردن روغن از تانک روغن ویا لوله‌های ارتباطی آن.

در مرحله اول که زنگ خطر بکار می‌افتد و آلارم می‌دهد اشکالات بوجود آمده عبارتند از::

۱ - نقایص عایق کاری.

۲ - خراب شدن عایق ورقه‌های هسته و پیچ اتصال ورق‌های هسته.

۳ - کامل نبودن کنتاکت‌ها در اتصالات الکتریکی.

۴ - گرم شدن بیش از حد قسمتی از سیم پیچ و خراب شدن عایق‌ها به علت عبور جریان فوکو بیش از حد.

در مرحله دوم که دستگاه قطع خواهد شد و فرمان تریپ به ترانس داده خواهد شد اشکالات بوجود آمده عبارتند از:

۱ - شکستن بوشینگ‌ها.

۲ - اتصال کوتاه فاز به فاز.

۳ - اتصال زمین.

۴ - اتصال داخل سیم پیچ ها.

۵ - اتصال تپ‌ها به یکدیگر.

۶ - پایین آمدن سطح روغن در اثر سرد شدن روغن بیش از حد و کم بودن روغن یا نشتی روغن.

رله توی بر:

این رله نیز در حفاظت ترانس‌های روغنی بکار برده می‌شود در این رله نیز از حرکت روغن و ایجاد گاز استفاده شده است. همانطور که می‌دانیم ازدیاد درجه حرارت باعث انبساط روغن می‌شود و این روغن ضمن گذشتن از لوله رابط بین ترانس و ظرف انبساط رزرو به یک سوپاپ سنج (دیافراگم) برخورد می‌کند و در پشت سوپاپ فشار ایجاد می‌کند که این فشار توسط فشارسنج سنجیده می‌شود که در این فشار سنج چندین کنتاکت پیش بینی و نصب شده است به طوری که اگر ازدیاد فشار به طور آهسته انجام گیرد کنتاکت خبر دهنده بسته و باعث بستن مدار سیگنال خواهد شد و درصورتی که فشار سریعا ازدیاد یابد کنتاکت دیگری در فشار سنج موجب قطع فوری ترانس می‌شود. در مرحله اول در اثر بار زیاد ودر مرحله دوم اثر اتصال کوتاه ایجاد می‌شود.

منبع: مرجع مقالات برق