تحقیق مقاله رله های حفاظت خط

رله های حفاظت خط

1 رله دیستانس اولیه ، ساخت آلمان B.B.C دارای سه زون

2 رله رکلوزتیک ( دوباره وصل کن ) ، ساخت آلمان B.B.C

3 رله جریان زیاد ، ساخت آلمان B.B.C

رله های حفاظتی خط 20c

1 رله اضافه جریان

2 رله اتصال زمین

ضمناً کلیه اتفاقات در پست توسط دستگاه ثبت می گردد و در حادثه ای که درخطهای خروجی رخ دهد توسط مودم ارسال و ثبت می گردد .

حفاظت توسط رله ها :

رله به دستگاهی اطلاق می گردد که در اثر تغییر کمیتی الکتریکی یا مکانیکی مشخص تحریک گردیده و سبب به کار افتادن دستگاههای الکتریکی دیگری می گردد .

رله حفاظتی رله ای است که بمنظور حفاظت دستگاهها و تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد . رله ها را می توان ازجهات مختلف دسته بندی نمود یکی از این جهات کمیت مورد کنترل رله می باشد به این ترتیب رله ها به انواع زیر دسته بندی میشوند :

1 رله های جریانی ( یعنی رله هایی که جریان را کنترل می کنند ) مانند رله های اضافه جریان دیفرانسیل

2 رله های ولتاژی ( یعنی رله هایی که ولتاژ را کنترل می کنند ) مانند : رله های اضافه ولتاژ افت ولتاژ تنظیم ولتاژ

3 رله های واتمتریک ( یعنی رله هایی که جریان و ولتاژ را به اشکال مختلف کنترل می کنند )مثل رله های کشنال و دیستانس

4 رله های فرکانسی ( یعنی رله هایی که فرکانس را کنترل می کنند )

5 رله هایی که کمیات غیر الکتریکی را مثل : گاز فشار و یا حرارت کنترل می کنند مانند رله های : بوخهلتس ، رله ای حرارتی و…

رله اضافه جریان

ساختمان ابتدایی یک رله اضافه جریان ممکن است .

عبور جریان از سیم پیچها باعث بحرکت در آمدن قسمت های متحرک در رله و در نتیجه وصل کنتاکت مربوط به صدور فرمان می گردد . می توان از طریق کشش فنر نگهدارنده رله یا از طریق تغییر تعداد دور رسم پیچ تنظیم جریان رله را می توان تغییر داد . به این رله ها ، رله های اضافه جریان با عملکرد آنی یا رله های اضافه جریان با عملکرد بدون زمان می گویند . معمولاً به هنگام وصل مدار ، برای چند لحظه اول جریان زیادی در مدار برقرار می شود و در چنین شرایطی اگر رله اضافه جریانی که در صفحه قبل تشریح مدار وجود داشته باشد موجب قطع کلید خواهد شد لذا معمولاً رله ها را به ترتیبی طراحی می کنند تا هنگام تشخیص اضافه جریان بلافاصله فرمان تریپ ندهد . بلکه بعد از مقداری تأخیر ( در حدود چند ثانیه ) فرمان تریپ بدهد . به این رله ها رله های اضافه جریان تأخیری زمان معین می گویند .

در شبکه معمولاً اضافه جریان بام مقادیر مختلف اتفاق می افتد . مثلاً اضافه جریان در حدود 5/1 برابر جریان نامی شاید برای چند لحظه روی شبکه و سیستم قابل تحمل باشد ولی اضافه جریان معادل ده برابر جریان نامی بهتر است که هر چه سریعتر حذف شود. لذا وجود رله هایی لازم است که اضافه جریان های زیاد را خیلی زود و اضافه جریانهای کم را قدری دیرتر قطع کنند . به این رله ها ، رله های اضافه جریان زمان معکوس می گویند . یعنی رله هایی که مدت زمان عملکرد شان با مقدار اضافه جریان نسبت عکس دارند . هر چه مقدار اضافه جریان بیشتر باشد زمان عملکرد کوتاهتر می‌شود. گاهی رله های تاخیری را به یک رله بدون زمان نیز مجهز می کنند .

حال که صحبت از تنظیم رله های اضافه جریان شد اشاره مختصر به این نکته بد نیست که : تنظیم جریان و زمان یک رله اضافه جریان با توجه به شرایط زیر تعیین می شود :

الف ) تنظیم جریان رله با جریان نامی مدار مناسبت داشته باشد یعنی (1.4XIN تا 185)

ب ) تنظیم جریان با توجه به قدرت اتصال کوتاه در مدار انجام شود .
( یعنی به گونه ای تنظیم شود که اتصالیهای خیلی دور را به خاطر جریان کم نبیند).

ج ) تنظیم جریان و زمان بگونه ای انتخاب شود که هر رله با رله های قبل و بعد از خود هماهنگ عمل کند .

رله اتصال زمین

به منظور حفاظت تأسیسات و تجهیزات پستها و نیروگاهها علاوه بر رله اضافه جریان از رله اتصال زمین نیز برای جلوگیری از بروز اتصالیهای فاز با زمین استفاده می شود که بدو صورت است : الف ) حفاظت شبکه زمین شده   ب) حفاظت شبکه ایزوله یا زمین نشده .

الف ) حفاظت شبکه زمین شده : به سه طریق ممکن است صورت بگیرد :

1 الف ) قرار دادن یک ترانس جریان در محل اتصال مرکز سیستم با زمین و اتصال ثانویه آن به یک رله اضافه جریان : بدین ترتیب در هر نقطه از شبکه متصل به این قسمت اتصال زمین پیش آید جریان اتصال زمین از محل اتصال مرکز ستاره به زمین عبور کرده و رله اضافه جریان را تحریک می‌کند.

2 الف) قرار دادن یک ترانس جریان روی کابل خروجی بدین ترتیب در شرایط عادی که جریان سه فازه تقارن دارد جمع برداری جریانها صفر بوده و در ثانویه ترانس جریان ، جریانی وجود ندارد ولی چنانچه به هرعلتی تقارن جریان از بین برود مثلاً بخاطر وجود اتصال زمین ، رله اضافه جریان تحریک شده و عمل می‌کند.

3 الف) قرار دادن ترانس جریان روی هر فاز البته با مشخصات فنی کاملاً مساوی و پارالل کردن ثانویه این ترانسهای جریان و اتصال این مجموعه پارالل شده به یک رله اضافه جریان. چنانچه جریان سه فاز متقارن باشد جمع ثانویه سه ترانس جریان برابر صفر خواهد بود ولی چنانچه جریان سه فازه از حالت تقارن خارج شود دیگر جمع ثانویه سه ترانس جریان برابر صفر نیست و جریان بوجود آمده از رله اضافه جریان عبور می کند که در صورت رسیدن این مقدار جریان به حد نمظیم شده روی رله ، رله عمل خواهد کرد . ثانویه آنها قبل از پارالل شدن هر کدام از یک رله اضافه جریان نیز عبور کرده اند . در این حالت خط مورد نظر به رله اضافه جریان حساس تر در نظر می گیرند و تنها ویژگی رله اتصال زمین در شبکه زمین شده نسبت به رله اضافه جریان فقط همین است به لحاظ اصول کار و ساختمان داخلی رله های اتصال زمین و اضافه جریان هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند.

ب ) حفاظت شبکه ایزوله یا زمین نشده : هرگاه شبکه ای زمین نشده باشد جهت تشخیص خطای زمین از ناتعادلی ولتاژها استفاده می شود . بدین صورت که سیم پیچی ثانویه سه دستگاه v.t را که بر روی سه فاز نصب شده اند بصورت سری بهم متصل نموده و با تشکیل یک مثلث باز (Open delta) دو سر انتهایی را به رله ولتاژ می بندیم . در حالت عادی ولتاژ دو سر مثلث باز صفر است چون این ولتاژ جمع برداری ولتاژ سه فاز می باشد ولی به هنگام اتصال یک فاز با زمین جمع ولتاژ دو فاز سالم که برابر است با ولتاژ یک فاز ، بدو سر مثلث باز یا رله ولتاژی قرار می گیرد . رله اتصال زمین به همراه رله اضافه جریان بعنوان حفاظت اصلی و یا ذخیره تجهیزاتی از قبیل خط ، ترانس ، باسبار ، و ژنراتور مورد استفاده قرار می گیرد .

رله دیفرانسیل (Differctial relay)

یکی دیگر از رله های جریانی که تفاوت دو جریان را کنترل می کند رله دیفرانسیل می باشد .مثلاً جریان ورودی به یک سیستم با جریان خروجی از آن . قاعدتاً چنانچه سیستم اتصال داخلی نداشته باشد می بایستی جریان ورودی و خروجی آن برابر باشد . از رله دیفرانسیل برای ژنراتورها ، باسبار ها و ترانسهای قدرت استفاه می شود . مواردی پیش می آید که اتصال کوتاه در خارج از محدوده مورد حفاظت رله دیفرانسیل اتفاق بیفتد و جریان زیادی از دو طرف سیستم مورد حفاظت به جهت اتصال کوتاه عبور کند طبعاً این دو جریان باهم بایستی برابر باشند ولی بخاطر اشباع متفاوت ترانسهای جریان ، جریانها در طرف ثانویه ترانس جریانها به یک نسبت منتقل نشده و در طرف ثانویه تفاوت جریان به وجود می آید در این حالت رله دیفرانسیل به اشتباه عمل می کند . برای مقابله با این خطا رله دیفرانسیلرا به عضو سد کننده (restraining element)  یا به عبارت دیگر (Estab;izing element) مجهز می کنند . عملکرد رله دیفرانسیل به نسبت بین جریان سد کننده و جریان عمل کننده بستگی دارد . چنانچه از رله دیفرانسیل برای حفاظت ژنراتور استفاده شود مشکل زیادی وجود نخواهد داشت چراکه جریان دو طرف بوبین ژنراتور برابر است . استفاده از رله دیفرانسیل برای حفاظت باسبار این مسئله را پیش می آورد  که ورودی و خروجی باسبارها معمولاً بیشتر از یکی می باشند . ولی بهر حال این قانون وجود دارد که مجموع جریانهای ورودی و به باسبارها با مجموع جریانهای خروجی از آن برابر می باشند به عبارت دیگر جمع جبری جریانهای ورودی و خروجی از باسبارهای مساوی صفر می باشد .

استفاده از رله دیفرانسیل برای حفاظت ترانس قدری پیچیده تر است چون در ترانسفورماتورها به خاطر تفاوت پتانسیل و بخاطر وجود گروههای مختلف اتصال در‌دو‌طرف‌ترانس‌اختلاف مقداری و اختلاف برداری و اختلاف مقیاسی طرفین‌ترانس رفع گردد برای اینکار از ترانس جریانهای فرعی استفاده می شود که به ترانس تطبیق (Trnas former Mathhing) موسوم است . این ترانسها درمسیر ثانویه ترانس جریانهای اصلی قرار گرفته و با توجه به اینکه آنها را می توان برای نسبت تبدیلهای مختلف تنظیم کرد به وسیله آنها می توان اختلاف برداری و اختلاف مقداری جریان طرفین ترانس را رفع نمود .

تا کنون در مورد رله هایی نوشته شد که با جریان کار می کردند اما رله های که با ولتاژ کار می کنند :

رله افت ولتاژ (Under voltage reloy)

از این رله در شرایط مختلفی استفاده می شود مثلاً اینکه یکی از دلایل افت ولتاژ در شبکه اضافه شدن بار است پس این رله می تواند با تشخیص افت ولتاژ وارد عمل شده قسمتهایی از شبکه را جدا کرده و بدین ترتیب ولتاژ را اصلاح کند و یا بجای کم کردن بار به قسمتهای نحریک کننده ولتاژ فرمان داده و ولتاژ افزایش پیدا کند . رله افت ولتاژ را می توان روی مقدار ولتاژ مورد نظر تنظیم نمود مثلاً تنظیم روی 80%Vn بدین معنی است که افت ولتاژ را اندازه 80% ولتاژ نامی مجاز است ولی چنانچه از 80 % ولتاژ کمتر شود رله عمل می کند حال چنانچه رله افت ولتاژ را به یک تایمر مجهز کنیم در این صورت فرمان رله افت ولتاژ با تأخیری که قبلاً مقدار آن تنظیم کرده این صادر خواهد شد . دیاگرام (42) مربوط به یک رله افت ولتاژ تأخیری می باشد در این دیاگرام ترمینالهای 1و2 محل اتصال ولتاژ مورد کنترل ترمینالهای 3و4 محل اتصال ولتاژ تغذیه تایمر و ترمینالهای 5و6 محل اتصال فرامین مورد نظر می باشد .  

 رله اضافه ولتاژ (over Voltage realy)

برعکس رله افت ولتاژ می باشد بدین ترتیب که چنانچه ولتاژ از مقدار تنظیم شده روی رله ( مثلاً 10%vn ) بیشتر شود رله وارد عمل خواهد شد طبعاً این رله می تواند فقط به قسمتهای تحریک کننده فرمان دهد تا از مقدار تحریک کاسته شده ولتاژ پایین بیاید بنابراین کاربرد این رله روی ژنراتورها و ترانسها می باشد دیاگرام (43) به رله اضافه ولتاژ مربوط می شود . در این دیاگرام ترمینال 1و2 محل اتصال ولتاژ مورد کنترل ترمینالهای 3و4 محل اتصال ولتاژ تغذیه تایمر و ترمینالهای 5و6 محل اتصال فرامین مورد نظر می باشد . ازترکیب رله افت ولتاژ و رله اضافه ولتاژ می توان یک مجموعه به وجود آورد که به رله تنظیم ولتاژ موسوم است و برای ژنراتورها و ترانسهای قدرت استفاده می شود . بدین ترتیب که مثلاً در مورد حفاظت ترانس فرض کنیم نسبت تبدیل یک ترانس KVKV 20/66 باشد . یعنی قرار است که ما همواره ولتاژ 20kv به شبکه بدهیم این در صورتی ممکن است که ولتاژ طرف اولیه ترانس 66kv باشد حال چنانچه ولتاژ طرف اولیه زیاد یا کم بشود طبعاً ولتاژ طرف ثانویه دیگر بیست کیلو ولت نخواهد بود یعنی به همان نسبت کم یا زیاد خواهد بود مثلاً چنانچه ولتاژ طرف اولیه 60kv باشد در طرف ثانویه 18.2kv خواهیم داشت . این ولتاژ بایستی اصلاح شود و در مورد ترانس تنها راه چاره تغییر نسبت تبدیل آن می باشد یعنی ترانس که تا حالا نسبت تبدیل آن 66/kv بوده حالا بایستی به نسبت تبدیل 60/20kv تغییر پیدا کند . این تغییر را به وسیله تغییر درتعداد دور سیم پیچ می تون ایجاد کرد . در این شرایط ، هر چند به تعداد دور ثانویه اضافه کنیم در طرف ثانویه ولتاژ بیشتری خواهیم داشت . بنابراین ترانسها را معمولاً به گونه ای می سازند که بتوان تعداد دور سیم پیچ آنها را کم یا زیاد کرد و به سیستمی که این تعداد دور سیم را کم یا زیاد می کند سیستم Top Changer می گویند .

طرز کار تپ چنجر بدین ترتیب است که چنانچه ولتاژ کاهش یابد رله افت ولتاژ در داخل رله تنظیم ولتاژ آنرا حس کرده و بعد از چند ثانیه به موتور تپ چنجر فرمان مثلاً راستگرد را می دهد تا بدین وسیله تعداد سیم پیچهای ترانس افزایش یافته و ولتاژ بالا برود تا جاییکه رله افت ولتاژ که تحریک شده بود آزاد شود و چنانچه ولتاژ افزایش پیدا کند رله اضافه ولتاژ آنرا حس کرده و بعد از چند  ثانیه به موتور تپ چنجر فرمان چپ گرد ( برعکس حالت قبلی ) تا بدین وسیله تعداد دو سیم پیچهای ترانس کاهش یافته و ولتاژ پایین بیاید . اگر ترانس دارای دو سیم پیچ باشد مثلاً : 66/20kv و 132/20kv معمولاً سیسنم تپ چنجر را ر طرف فشار قوی ترانس قرار می دهند .

فرمان تپ چنجر یا رله تنظیم ولتاژ را ر جهت افزایش ولتاژ را فرمان Rise و فرمان رله را در جهت کاهش ولتاژ را Lower می گویند .

برای جلوگیری از عملکرد رله درمقابل نوسانات همیشگی شبکه معمولاً حساسیت رله را تنظیم روی 2%un تنظیم می گذارند .

برای جلوگیری از عملکرد رله درمقابل تغییرات ولتاژ گذرا و کوتاه مدت ( مثلاً چند ثانیه ) رله را به یک تایمر نیز مجهز می کنند که صدور فرامین با قدری تأخیر انجام شود برای جلوگیری از متلاشی شدن تپ چنجر به هنگام عبور جریان اتصال کوتاه و سوختن کنتاکتهای آن ، رله ولتاژ به قسمت دیگری مجهز می شود که در آن قسمت دو عامل جریان و ولتاژ کنترل می شود تا چنانچه جریان از حد تنظیم خارج شود ( بیشتر شود ) مثلاً 1.1In یاولتاژ از حد تنظیم شده کمتر باشد مثلاً 80%un ، این قسمت فرامین رله تنظیم ولتاژ را بلوکه کرده و اجازه نمی دهد تا تپ چنجر در شرایط اتصال کوتاه عمل کند .

از دیگر رله هایی که اطلاعاتشان را از ترانس ولتاژ دریافت می کنند رله های فرکانس هستند :