رله و حفاظت الكتريكي

وظيفه سيستم حفاظت در يك نيروگاه ، خط انتقال يا هر سيستم الكتريكي و يا هر جزء از سيستم الكتريكي همانند سيستم ايمني اندامهاي بدن است.سيستم حفاظت شامل رله هاي حفاظتي ، ترانسهاي جريان و ولتاژ و ساير اجزاء وابسته به طور مداوم شرايط كار تجهيزات و سيستم را اندازه گيري كرده و مراقبت مي نمايد.در صورتيكه شرايط غير عادي پيش آيد، و خطايي رخ دهد با ارسال فرمان جهت جداسازي قسمت معيوب دو هدف عمده را تأمين مي نمايد.
1-حفظ حداكثر پيوستگي در توليد برق و جلوگيري از ايجاد برخورد در انرژي رساني.
2-جلوگيري از ايجاد خسارت و محدود كردن خسارات ناشي از خطا در سيستم.
بنابراين وجود سيستم حفاظت در سراسر شبكه برق الزامي مي باشد.سرعت عمل سيستم حفاظت بسيار بالاست.سيستم اندازه گيري كميت هاي مختلف مانند جريان،ولتاژ، توان فركانس،ضريب قدرت و...را تبديل به كميتهاي قابل مشاهده توسط اپراتور مي نمايد و در موارد اين كميتها به سيگنالهاي كنترل و فرمان تبديل مي شود.نمونه آن در سيستم كنترل و ولتاژ ژنراتور است كه به صورت اتوماتيك از طريق اعمال فرمانهاي مناسب كه از جريان و ولتاژ خروجي ژنراتور دريافت مي شود به سيستم تنظيم اتوماتيك ولتاژ(AVR)اعمال شده و عمل تنظيم ولتاژ را انجام مي دهد.

علل بروز خطا و دلايل استفاده از سيستم حفاظت:
خطاهاي سيستم قدرت دو عامل بيروني و دروني دارد،عوامل بيروني عبارتند از:صاعقه،طوفان،رعد و برق،زلزله،پختگي تجهيزات(فرسوده)،اشتباهات بهره بردار و... اين گونه خطاها با تغيير كميت هاي الكتريكي مانند ولتاژ،جريان،فركانس،زاويه فاز،از مقادير نرمال و مجاز شده و ايجاد اختلال در عملكرد سيستم را نشان مي دهد.
منشأ دروني خطا آن است كه براي هر سيستم يا هر تجهيز عاملي يا اتفاقي كه در اثر مثلاً فرسوده بودن آن تجهيز رخ دهد.معمولاً بروز خطا با افزايش جريان كه حاصل آن توليد گرما و داغ شدن تجهيزات است همراه است.تجهيزات مربوط به سيستمهاي حفاظتي عبارتند از:رله هاي حفاظتي،ترانسهاي ولتاژ،ترانسهاي جريان،رله هاي حرارتي،فيوزها،برقگيرها.
رله هاي حفاظتي:
اصلي ترين و گرانترين بخش سيستم حفاظت هستند كه به عنوان ورودي يك يا دو كميت الكتريكي(جريان يا ولتاژ)را به عنوان كميت هاي اصلي در نظر گرفته و با تجزيه و تحليل آن ساير پارامترها(جريان ولتاژ فركانس توان ، ضريب توان،جهت توان،هارمونيك هاي جريان و ميدان را اندازه گيري مي كند.چنانچه مقادير اين كميتها از حد از قبل تعيين شده اي(Set Paint) فرمان خودكار يك يا چند كليد را صادر مي نمايد و قسمتي از مدار الكتريكي بي برق مي شود.تا از آسيب هاي بيشتر جلوگيري شود.رله هاي حفاظتي از نظر كاربرد انواع مختلفي دارند كه عمده ترين آنها عبارتند از:
1- رله جريان زياد:( Over Current)
اين رله براي مقابله با تغييرات بيش از حد جريان در مدار قرار مي گيرد و در صورت بروز خطا در صورتي كه با تغييرات جريان همراه باشد اين رله آن را تشخيص داده و عمل مي كند؟
2- رله با بار زياد(Over Load):
اين رله براي حفاظت در خطاهاي قابل چشم پوشي است كه نياز به عكس العمل سريع و آني ندارد و در صورتي كه خطاي رخ داده باعث ادامه كار تجهيزات با افزايش جريان اندكي شود كه باعث توليد گرما در مدت زمان معين شود اين رله وارد عمل مي شود.
3- رله حفاظت جريان اتصال زمين(Eart Flaut)
اتصال زمين يكي از خطاهايي است كه حداكثر تجهيزات الكتريكي ممكن است رخ دهد.براي تشخيص اين نوع خطا وسايل اندازه گيري در مسير اتصال زمين تجهيزات نصب مي شود.كار كردن در حالت نرمال اين سيم بدون ولتاژ و جريان است.
4- رله دفرانسيل
اين رله با اندازه گيري جريانهاي ورودي و خروجي براي تجهيزات آنها را حفاظت مي كند.اگر تجهيزات را مانند يك شاخه در نظر بگيريم جريان ورودي و خروجي آن با هم برابرند مگر آنكه خطايي رخ دهد.
5- رله فركانس(Over Under Frequency)
اين رله حالتهاي فركانس بالا يا فركانس پائين را اندازه گيري مي كند.در بعضي مواقع لازم است كه سيستم تحت فركانس ثابت كار كند(مانند ژنراتور)
6- رله توان معكوس(Reverse Power)
اين رله براي حفاظت موتور از معكوس شدن جهت عبور توان استفاده مي شود.
7- رله افزايش يا كاهش ولتاژ(Over /Under Voltage)
جهت حفاظت تجهيزات از افزايش و يا كاهش ولتاژ مي باشد.
اعمال جريان و ولتاژ رله ها غالباً توسط ترانسهاي ولتاژ و جريان صورت مي گيرد.بدليل آنكه رله ها دستگاههاي رقيق و حساسي هستند .كافي است كسري از جريان يا ولتاژ به آنها اعمال شود.ساير كميتهاي الكتريكي،مانند فركانس امپرانس،زاويه فاز بين ولتاژ و جريان از طريق وروديهاي ولتاژ و جريان قابل اندازه گيري مي باشد.
رله حفاظت افزايش شار:
اين رله در ژنراتورها براي جلوگيري از اشباع شدن هسته استفاده مي شود.

رله حفاظت از دست رفتن تحريك:
قطع تحريك ژنراتور خطرناك است به همين علت اين رله براي حفاظت از ژنراتور به كار مي رود.در صورت قطع شدن تحريك اين رله بلافاصله فرمان قطع مدار را صادر مي كند.
سير تحول رله هاي حفاظتي از نظر ساختاري به صورت زير بوده است:
1. رله هاي الكترومكانيكي
2. رله هاي استاتيكي
3. ميكروكامپيوتري(الكترونيكي)(ميكروكامپيوتري)
رله هاي الكترومكانيكي تا دهه 1970 كاربرد وسيعي در صنعت برق داشتند و هم اكنون نيز كاربرد دارند.ويژگي اصلي آنها كاركرد مورد اعتماد آنهاست.
رله هاي نوع استاتيكي از دهه 1970 وارد بازار شد و ويژگي عمده آنها حجم كم و قابليتهاي تنظيم و تعمير و نگهداري بهتر آنها بوده است.
رله هاي ميكروكامپيوتري از سال 1990 با كاربرد وسيع ميكروكامپيوتر وارد بازار شد .ويژگي عمده اين نوع رله ها ادغام كردن وظايف مختلف حفاظتي در يك دستگاه مي باشد كه اين موضوع باعث كاهش حجم و وزن و هزينه سرمايه گذاري شده است.
ترانسهاي ولتاژ و جريان:
وظيفه اين ترانسها كاهش جريان و ولتاژ ترانس اصلي به مقدار حداكثر 1 يا 5 آمپر مي باشد.استفاده از آنها به منظور تغذيه رله هاي حفاظتي معمول است.
ترانسهاي ولتاژ معمولاً در مدارهاي ولتاژ متوسط و قوي به كار مي رود و خروجي آنها بين 110 تا 100 ولت مي باشد.ابعاد اين نوع ترانسها كوچك(در شبكه هاي فشار ضعيف)و در ولتاژهاي بالا در تابلوي جداگانه و اختصاصي نصب مي شود.در ترانس و ژنراتور در بوشينگ هاي خروجي نصب مي شود و در بست در محلي جداگانه كنار ساير تجهيزات قرار مي گيرد.
رله هاي حفاظتي حرارتي:
اين نوع رله ها معمولاً يك نوع فلز بي متال هستند كه بر اساس حرارت ناشي از عبور جريان از آن به كار مي رود.به علت ساختمان بسيار ساده كاربرد وسيعي در مدارهاي تغذيه آنها در حالت اضافه بار دارند.
فيوز:
از حفاظتهاي بسيار ساده و پر كاربرد در سيستمهاي فشار ضعيف و متوسط مي باشند.اساس كار آنها ذوب شدن يك رشته فلزي بر اثر عبور جريان زيادي مي باشد.هر چقدر عبور اين جريان (اتصال كوتاه)بيشتر باشد زمان ذوب شدن و قطع مدار سريعتر است.
برقگيرها:
برقگير در تأسيسات مثلاً در خروجي ترانسها نصب مي شود و وظيفه آنها حذف موجهاي ضربه اي الكتريكي و يا هارمونيك هاي مزاحم هستند.امواج ضربه اي به طور عمده از عمليات كليدزني ، قطع و وصل يا بروز صاعقه و رعد و برق ايجاد مي شود كه ممكن است قسمتي از آن به سمت نيروگاه جاري شود.اثر مخرب امواج ضربه اي روي عايق سيم پيچهاي ژنراتور و ترانسها و ساير تجهيزات است كه مي تواند منجر به شكست آنها و ايجاد جريانهاي اتصال كوتاه در سيم گردد.برقگيرهاي مورد استفاده از يك خازن جهت حذف هارمونيك ها و يك ضربه گير ولتاژي از جنس اكسيد روي كه به صورت موازي با خازن قرار دارد تشكيل مي شود.
معرفي تجهيزات اندازه گيري نيروگاهها:
1. نشان دهنده ها(Indicator)
نشان دهنده ها با صفحه نمايش مدرج سفيد و عقربه اي كاربرد وسيعي دارند و با توجه به پيشرفت و ساخت نشان دهنده رقمي هنوز نوع آنالوگ(عقربه اي)آن جايگاه خود را دارد.ساختار فيزيكي آنها تفاوت زيادي با يكديگر دارد و هم اكنون ساختمان ساده و حجم كم دارد.نشان دهنده هاي پر كاربرد عبارتند از:آمپرمتر،ولت متر،فركانس متر و اتمتر و كسينوس متر.كميتهاي ورودي همه ي نشان دهنده هاي فوق ولتاژ يا جريان است يا هر دو با هم.به منظور حذف تأثير افت ولتاژ در كابلها و سيمهاي رابط و دقت اندازه گيري همه كميتها ولتاژ و جريان در مبدلها تبديل به يك جريان در حد ميلي آمپر مي شود و اين جريان متناسب با كميت مورد اندازه گيري به دستگاه نشان دهنده اعمال مي شود،در سيستمهاي جريانDC چون امكان استفاده از ترانسفورماتورهاي ولتاژ جريان وجود ندارد كميتهاي مورد نظر از طريق شنت هاي دقيق و كاليبره شده به دستگاه اندازه گيري اعمال مي شود.
ثباتها:
طرز كار ثباتها از نظر سيگنالها و كميتهاي ورودي مشابه نشان دهنده هاست.با اين تفاوت كه مقدار كميت اندازه گيري شده با بكارگرفتن مكانيزم خاصي در دستگاه ثبت مي شود و اين امكان را به بهره بردار مي دهد تا هر اطلاعاتي مربوط به زمانهاي قبل نيز آگاه شود.نوع جديد ثباتها مقادير را در حافظه يك كامپيوتر ثبت كرده و توانايي آن را دارد كه منحني مقادير را بر حسب زمان رسم مي كند كه اين باعث منسوخ شدن استفاده از كاغذ در ثباتهاي سنتي شده است.
كنتورها(Counter):
كنتورها يا شمارنده ها عموماً براي ثبت توان راكتيو و اكتيو استفاده مي شوند.
مبدلها:
كار مبدلها تبديل كميتهاي قابل اندازه گيري به يك جريان در حدود 4تا 20 ميلي آمپر مي باشد.كه اين مقدار متناسب با كميت مورد اندازه گيري است.اين كار اولاً سبب مي شود كه دقت اندازه گيري به علت حذف اثرات افت ولتاژ در سيمهاي رابط افزايش يابد.ثانياً به علت كم بودن جريان مي توان از هادي با مقطع كوچكتر در سيستم اندازه گيري استفاده كرد يعني هزينه را كاهش داده ثالثاً امكان تبادل اطلاعات در مسافتهاي دور فراهم مي شود.مبدلها در نزديكي كميت مورد نظر نصب مي شوند و با دريافت جريان يا ولتاژ يا هر دو جريان متناسب با آن كميت توليد مي كند.
حفاظت(Protection)
در سيستمهاي حفاظت تعريف هاي خاصي وجود دارند به شرح ذيل:
1- حفاظت اوليه يا اصلي(Main Protection):
سيستم رله هاي حفاظتي است كه بايد وقوع عيب و اتصالي در ناحيه مورد حفاظت را به عنوان حفاظت اصلي آشكار كند و به آن عكس العمل نشان دهد.به عنوان مثال رله Over Curren يا جريان زياد به عنوان يك حفاظت اصلي به شمار مي آيد و چنانچه در آن فيلر يك اتصال كوتاه رخ دهد اين رله بايد قبل از رله هاي سيستم عمل كند.
حفاظت پشتيبان(حفاظت كمكي)(Back up Protection)
رله حفاظتي كمكي در صورت عمل نكردن رله اصلي به كار مي آيد و عمل حفاظت را تكميل مي نمايد.اين رله براي مقابله با اشكالاتي از سيستم قدرت كه در ناحيه حفاظت اصلي قرار نگرفته اند استفاده مي شود.مثلاً جهت حفاظت اتصال كوتاه هاي داخل يك تراش قدرت معمولاً رله ديفرانسيل استفاده مي شود.به هر صورت يا دليل كه رله ديفرانسيل عمل نكند يك رله جريان زياد براي توان تعبيه شده كه كار حفاظت پشتيبان را انجام مي دهد.در سيستمهاي حفاظتي معمولاً رله هاي بالادستي به عنوان پشتيبان رله هاي پايين تر دستي عمل مي كنند.
ناحيه حفاظت(Protection Zone)
در طراحي سيستمهاي حفاظتي شبكه قدرت به منطقه هاي حفاظتي خاص تقسيم
مي شوند.وظيفه حفاظت هر منطقه به عهده تعدادي رله معين واگذار مي شود تا در صورت رد عيب و اتصال ناگهاني تنها ناحيه مورد نظر از بقيه جدا شود تا حداكثر پيوستگي در بهره برداري سيستم حفظ شود.مناطق حفاظتي معمول شبكه هاي قدرت عبارتند از:
1- ژنراتور
2- ترانسفورماتورها
3- شين ها
4- الكتروموتورها
5- خطوط انتقال و توزيع
هدف اصلي از سيستم حفاظت الكتريكي اين است كه با حداكثر پيوستگي از آسيب رسيدن يا تأثير اشكال به وجود آمده بر مناطق ديگر سيستم جلوگيري كند.سيستم حفاظت پشتيبان باعث قطع كليدهاي ناحيه مجاور و يا Zone هاي محصور كننده ناحيه معيوب
مي شود.نكته:حفاظت هر Zone با Zone مجاور آن همپوشاني دارند تا از احتمال هر حادثه جلوگيري شود.تقسيم بندي Zone ها به محل نصب ترانسهاي جريان يا ولتاژ بستگي دارد.

رله و حفاظت الكتريكي

مطالب مشابه :

نمونه سوالات رله و حفاظت الکتریکی

نمونه سوالات درس رله و حفاظت سيستمهاي الكتريكي

رله های حفاظتی و رله دیفرانسیل

حفاظت الکتریکی وانواع رله ها

رله و حفاظت الكتريكي