رله و حفاظت - بخش اول

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: حفاظت تجهیزات و دستگاه‌های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالی‌ها، به وسیله کلید قدرت انجام می‌گیرد قبل از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود، سیم پیچی عمل کنندة آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله‌های حفاظتی انجام می‌پذیرد.

 

رله به دستگاهی گفته می‌شود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مانند ولت و جریان و یا کمیت فیزیکی مثل درجه حرارت و حرکت روغن (در رله بوخهولس) تحریک شده و باعث به کار افتادن دستگاههای دیگر و نهایتاً قطع مدار به وسیله کلید قدرت (در سیستم تولید و انتقال و توزیع) یا دژنکتور می‌گردد. حفاظت تجهیزات و دستگاه‌های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالی‌ها، به وسیله کلید قدرت انجام می‌گیرد قبل از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود، سیم پیچی عمل کنندة آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله‌های حفاظتی انجام می‌پذیرد.

 

 

 

بنابراین به وسیله رله:

 

به دو علت زیر اتصالی‌ها می‌توانند به وجود آیند:

 

الف. – تأثیرات داخلی تأثیرات داخلی که باعث خراب شدن و از بین رفتن دستگاه‌ها یا خطوط انتقال و توزیع می‌شود عبارتند از:

فاسد شدن قسمتهای عایق در یک مولد، ترانسفورماتور، خط، کابل و .... این ضایعات و امکانات مکن است مربوط به عمر عایق، عدم تنظیم صحیح، عدم ساخت صحیح و یا عدم نصب صحیح عایق باشد.

ب. – تأثیرات خارجی تأثیرات خارجی شامل تأثیرات زیادی است از آن جمله رعد و برق، اضافه بار که باعث به وجود آمدن حرارت شود، برف و باران، باد و طوفان، شاخه درخت‌ها، حیوانات و پرندگان، سقوط اشیاء اشتباه در عملیات و خسارتهایی که یه وسیله مردم وارد می‌شود و .... وقتی که یک اتصالی در مداری رخ دهد، جریان افزایش یافته و ولتاژ (اختلاف پتانسیل) نقصان پیدا می‌کند افزایش جریان حرارت زیادی را به وجود آورده که ممکن است منجر به آتش سوزی یا انفجار شود.

 

اگر اتصالی به صورت جرقه باشد ممکن است خسارت زیادی به بار آورد. برای مثال اگر جرقه‌ای بر روی خط انتقال نیرو به وجود آمده و سریعاً بر طرف نشود خط را سوزانده و باعث پاره شدن آن خواهد شد و نتیجه سبب قطع برق برای مدت طولانی خواهد شد. نقصان ولتاژ که در اثر یک اتصالی به وجود آید می‌آید برای دستگاههای الکتریکی بسیار زیان آور است و اگر این ولتاژ ضعیف برای چند ثانیه ایی ادامه داشته باشد، موتورهای مشترکین از کار باز ایستاده، دوران مولدهای برق نامنظم و نا مرتب خواهد شد پس در صورت وقوع جریان شدید و ولتاژ ضعیف به سبب اتصالی در مدار می‌بایست به فوریت اتصالی کشف و برطرف گردد و جریان ولتاژ به حالت عادی باز گردانده شود.

 

 

انواع اتصالی‌ها به قرار زیر است:

 

الف- اتصال فاز به زمین و فاز به فاز گرچه اتصالی درسیستم سه فاز مربوط به فاز‌ها است ولی بیشتر مربوط به وصل نبودن سیم زمین می‌باشد جریان در یک اتصالی بین فاز به زمین کمتر از جریان در یک اتصالی فاز به فاز است و این امر به علت مقاومت بیشتر زمین است به همین جهت در بیشتر موارد رله‌های جدا گانه ایی برای اتصالیهای فاز به زمین و فاز به فاز در نظر گرفته می‌شود.

 

ب- اتصالیهای سه فاز اتصالی سه فاز با هم شدید‌ترین نوع اتصالی بوده و اتصالی بین یک فاز و زمین خفیف‌ترین نوع اتصالی است.

 

رله‌ها از نظر طرز اتصال به شبکه رله‌ها از نظر طرز اتصال به شبکه به دو نوع اولیه و ثانویه تقسیم می‌شوند.

الف- رله اولیه سیم پیچی رله مستقیماً در مدار قرار می‌گیرد منظور از مستقیماً یعنی اینکه از ترانس جریان و ترانس ولتاژ برای رله سیم نمی‌بریم.

ب. –رله ثانویه سیم پیچی رله مستقیماً در مدار قرار نمی‌گیرد منظور این است که روی خط ترانس جریان یا ولتاژ می‌بندیم و سپس دو سر آن را برای رله می‌بریم در سیستم قدرت از رله ثانویه استفاده می‌شود تاکنون در ساخت رله‌ها پیشرفتهای قابل ملاحظه‌ای حاصل شده است که به ترتیب می‌توان از رله‌های الکترومغناطیسی و اندکسیونی رله‌های نیمه الکترونیک رله ها‌ی الکترونیکی و بالا خره رله‌های دیجیتالی حافظه دار میکروپروسوری با استفاده از مدارات مجتمع آی سی نام برد.

 

 

انواع رله و کاربرد آن‌ها به شرح زیر است:

 

الف- رله اضافه جریان : اینگونه رله‌ها به صورت اندکسیونی و الکترو نیکی در پست‌های برق کاربرد فراوانی دارند. انرژی الکتریکی از نقطة A با شدت جریان I. از طریق خط مربوطه و کلید قطع و وصل کننده (دژنکتور) یا کلید قدرت به مصرف کننده (بار) ارسال می‌گردد. برای کنترل مقدار جریان عبوری از خط مزبور احتیاج به رلة اضافه جریان o/c می‌باشد. وظیفه این رله آن است که اگر از خط مربوطه شدت جریان از حدی که در انتظار است و رله اضافه جریان برای آن مقدار تنظیم شده، افزایش یابد و یا اینکه اتصالی بین دو فاز و یا سه فاز بین خطوط انتقال پیش آید، رله تحریک شده و با فرمانی که به کلید دژنکتور می‌دهد، باعث قطع خط مزبور می‌شود.

برای تحریک رله اضافی جریان احتیاج به ترانسفورماتور جریان یا (CT) می‌باشد. این ترانسفورماتور، جریان خط را متناسب به نسبت تبدیل آن به رله مزبور انتقال داده و باعث تحریک آن می‌شود. به عنوان مثال اگر نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان ۱ / ۲۰۰ باشد و رله برای مقدار شدت جریان ۲۰۰ آمپر تنظیم شده باشد، هر گاه شدت جریان خط انتقال از ۲۰۰ آمپر زیادتر گردد مقدار شدت جریان ورودی به رله از یک آمپر تجاوز می‌نماید، و در نتیجه باعث عملکرد رله و قطع کلید دژنکتور می‌گردد.

 

به علت اینکه خطوط انتقال انرژی به صورت سه فازه می‌باشند، بنابراین برای هر کدام از فاز‌ها احتیاج به یک عدد ترانسفورماتور جریان و یک عدد رله اضافه جریان می‌باشد نحوه قرار گرفتن ترانسفورماتورهای جریان و رله‌های اضافه جریان در حالت عادی جریان عبوری از رله‌ها کمتر از حد تنظیمی آن‌ها و در صورتی که هر کدام از خط‌ها اضافه بار بگیرد و یا اتصالی بین دو فاز و یا سه فاز رخ دهد رله‌های مربوطه عمل می‌نماید. مثلاً اگر شدت جریان فاز R. بیش از حد معمول آن گردد، CT آن به باعث تحریک رله اضافه جریان R می‌شود. هم چنین اگر فازهای B. و Y. به هم اتصال یابند، رله‌های مربوطه آن تحریک و باعث عمل نمودن کلید قطع مدار می‌گردند. اصولاً این رله‌ها دارای دکمة نشان دهنده و یا پرچم رنگی کوچکی می‌باشند که در صورت تحریک رله، عملکرد آن را اعلان می‌نماید.

 

ب. – رله اتصال زمین : ساختمان و طرز کار این رله‌ها مانند رله‌های اضافه جریان بوده و وظیفه اصلی این رله، تشخیص بروز هر گونه اتصالی بین هر کدام از فاز‌ها با زمین و یا دو سه فاز با زمین نیز می‌باشند از نظر عملی، رله‌های اضافه جریان سیستم سه فازه و رله اتصال زمین تواماً به صورت یک سیستم حفاظتی واحد بسته می‌شود. رله اتصال زمین اصولاً حساستر از رله‌های اضافه جریان بوده و هر گاه یکی از فاز‌ها به زمین اتصال یابد، رله اتصال زمین همراه با رله اضافه جریان همان فاز عمل می‌نماید. چنانچه مشاهده می‌گردد، برای سه فاز فقط احتیاج به یک رله اتصال زمین می‌باشد.

 

پ- رله اتصال زمین محدود : با رله اتصال زمین و مدار آن آشنا شدیم، رله مزبور عهده دار تشخیص هر گونه اتصال خط انتقال با زمین می‌بود. برای سهولت تشخیص محل اتصال زمین در سیستم قدرت از رله ایی دیگر به نام رله اتصال زمین محدود هم استفاده شده است.

 

ت. – رله جهتی : بروز اتصالی در جهت جریانی که مدار جاری می‌شود مؤثر می‌باشد در بیشتر طراحی‌ها جهت جریان برای نصب دستگاه رله می‌بایست مشخص شود در این صورت از رله ها‌ی جهتی استفاده می‌شود از نظر ساختمان داخلی و طرز کار، این رله به صورتهای اندوکسیونی و الکترونیکی، کاربرد فراوانی دارد.

رله‌های جهتی دارای دو سیم پیچ بوده که یکی از آن‌ها مانند رله‌های اضافه جریان با شدت جریان ورودی I. تحریک شده و سیم پیچ دیگر با ولتاژ مناسبی تحریک می‌گردد. این رله‌ها از دو قسمت جهت یاب و اضافه جریان تشکیل شده اند و این بدین معنی است که هر گاه در شبکه تحت حفاظت، اتصالی رخ دهد، ابتدا این رله جهت عبور شدت جریان به محل اتصالی را به وسیله قسمت جهت یاب تشخیص داده و سپس اگر جریان در جهت عملکرد رله باشد و هم چنین از نظر مقدار به اندازه ایی باشد که بتواند موجب تحریک قسمت اضافه جریان رله گردد، رله مزبور تحریک شده و فرمان قطع را صادر می‌نماید.

 

ث- رله قیاسی یا رله دیفرانسیلی: این رله برای حفاظت مولد‌ها، ترانسفورماتور‌ها، خطوط انتقال نیرو و شین‌های واقع در ایستگاههای انتقال نیرو به کار می‌رود. توسط رله دیفرانسیل جریان ورودی و خروجی از دستگاه، مقایسه می‌شود در شرایط عادی هنگامی که هیچگونه اتفاق با اتصالی رخ نداده است، این جریان مساوی و یکسان می‌باشند. اگر در قسمت مورد حفاظت اتصالی رخ دهد جریان بلافاصله نا مساوی شده و این پدیده باعث عملکرد رله می‌شود. طرز قرار گرفتن رله برای حفاظت از یک ترانسفورماتور ۲۰ / ۶۳ کیلو وات نشان داده شده است.

 

ج. – رله بوخهلس : این رله یکی از مهمترین رله‌های حفاظتی ترانسفورماتورهای قدرت می‌باشد، وظیفه تشخیص بروز هر گونه اتصالی در محفظة داخلی ترانسفورماتور و قطع سریع برق ورودی به آن می‌باشد. می‌دانیم که اصولاً ترانسفورماتورهای قدرت به وسیله مایع مخصوصی مانند روغن عایقکاری و خنک می‌شوند. به خاطر سرد و گرم شدن روغن مزبور ظرف انبساطی برای آن در نظر گرفته شده و این ظرف از طریق لولة رابطی به محفظه داخلی ترانسفورماتور متصل می‌باشد. رله بوخهلس بر روی لولة رابط بین ترانسفورماتور و ظرف انبساط قرار می‌گیرد و روغن از این لوله عبور می‌نماید. بنابراین تمامی محفظه داخلی رله پر از روغن می‌باشد. هر گاه هر گونه اتصالی در محفظه داخلی ترانسفورماتور پدید آید، در نقطه اتصالی مقداری جرقه و قوس الکتریکی زده می‌شود. در نتیجه این عمل کمی از روغن اطراف محل اتصالی سوخته و تولید حبابهای گازی شکلی را می‌نماید.

 

این حبابهای گازی به طرف قسمت فوقانی ترانسفورماتور حرکت نموده و از طریق لوله رابطة به رلة بوخهلس وارد شده و در قسمت فوقانی رله جمع می‌گردند. این رله دارای شناوری می‌باشد که با تجمع حبابهای گاز، سطح روغن در رله پایین آمده و همراه با آن شناور نیز به پایین می‌آید. پایین آمدن شناور باعث بسته شدن کلید الکتریکی رله و تحریک مدار هشدار و یا قطع می‌گردد. در بعضی از مدلهای این رله از دو شناور استفاده شده که شناور بالایی برای تحریک مدار هشدار و شناور پایینی برای فرمان مدار قطع دستگاه مورد حفاظت می‌باشد و اگر مقدار جرقه و قوس الکتریکی در محفظه داخلی ترانسفورماتور شدید باشد، یک موج انفجاری در روغن داخلی ترانسفورماتور به وجود آمده و روغن ترانسفورماتور با سرعت زیادی به رلة بوخلهس وارد می‌شود همانطوریکه قبلاً گفته شد، سرعت زیاد روغن باعث عملکرد دریچه ورودی رله می‌گردد. این دریچه با شناور پائینی رله هم محور بوده و مستقیماً باعث تحریک مدار قطع می‌شود. هر گاه در اثر علت‌های مختلفی از بدنة ترانسفورماتور مقداری روغن ریزش نماید، به مرور زمان سطح روغن در ظرف انبساط کاهش یافته و به رله بوخهلس می‌رسد.

در رله بوخهلس اگر سطح روغن همچنان کاهش یابد باعث عملکرد و تحریک مدار هشدار و قطع می‌گردد. در بعضی موارد مقداری هوای نشتی به رله راه یافته و مانند حبابهای گاز باعث تحریک رله می‌شود