رله ها در سیستم های قدرت فشار قوی

حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالی ها ، به وسیله کلید قدرت انجام می گیرد. قبل از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود ، سیم پیچی عمل کننده آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام می پذیرد . رله به دستگاهی گفته می شود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مانند ولتاژ و جریان و یا کمیت فیزیکی مثل درجه حرارت و حرکت روغن ( در رله بوخهولس ) تحریک شده و باعث به کار افتادن دستگاه های دیگر و نهایتاً قطع مدار به وسیله کلید قدرت ( در سیستم تولید و انتقال و توزیع ) یا دژنکتور می گردد . 

بنابراین به وسیله رله : محل وقوع عیب از شبکه جدا سازی شده باعث می شود که سایر قسمتهای سالم شبکه همچنان به کار خود ادامه دهند و تا جایی که ممکن است پایداری و ثبات شبکه به همان حالت قبلی محفوظ بماند .
تجهیزات و دستگاهها در مقابل عیوب و اتصالی ها محافظت شده و میزان خسارات وارده به آنها محدود گردد . لازم به ذکر است که تجهیزات قدرت نهایتا می توانند ۱ ثانیه جریان خطا را از خود عبور دهند بدون آنکه آسیبی ببینند .

عوامل  به وجود آمدن خطا ها و تأثیرات آن:

به دو علت زیر خطا هامی توانند به وجود آیند :

الف – عوامل داخلی

عوامل داخلی که باعث خراب شدن و از بین رفتن دستگاهها یا خطوط انتقال و توزیع می شود عبارتند از :

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

ب – عوامل خارجی

عوامل خارجی شامل موارد زیادی است از آن جمله صاعقه ، 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 می شود و غیره . وقتی که یک خطا در مداری رخ دهد ، جریان افزایش یافته و ولتاژ ( اختلاف پتانسیل ) نقصان پیدا می کند افزایش جریان موجب افزایش حرارت شده 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 جرقه ای بر رویخط 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 . لازم به ذکر است از مدار خارج شدن یک خط انتقال موجب خاموشی سراسری در کل شبکه مثلا یک کشور میشود که به این پدیده Black out می گوییم.نقصان ولتاژ که در اثر یک اتصالی به وجود آید   می آید برای تجهیزات 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 می بایست به فوریت اتصالی کشف و برطرف گردد و جریان ولتاژ به حالت عادی باز گردانده شود.

انواع خطا :در حالت کلی ۱۱ نوع خطا داریم که عبارتند از :

فاز به زمین – دوفاز – سه فاز – دوفاز به زمین – سه فاز به زمین و …
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    می باشد جریان دریک 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 رله های جدا گانه ایی برای اتصالیهای فاز به زمین و فاز به فاز در نظر گرفته می شود.
ب- اتصالیهای سه فاز 
اتصالی سه فاز با هم شدید ترین نوع اتصالی بوده و اتصالی بین یک فاز و زمین خفیف ترین نوع اتصالی است.
رله ها از نظر طرز اتصال به شبکه به دو نوع اولیه و ثانویه تقسیم می شوند .الف- رله اولیهسیم پیچی رله مستقیماً در مدار قرار می گیرد منظور از مستقیماً یعنی اینکه از ترانس جریان و ترانس ولتاژ برای رله استفاده نمی کنیم .

ب –رله ثانویه

سیم پیچی رله مستقیماً در مدار قرار نمی گیرد منظور این است که روی خط ترانس جریان یا ولتاژ می بندیم و سپس دو سر آن را برای رله می بریم . در سیستم های قدرت معمولا به دلیل ولتاژ بالا از رله ثانویه استفاده می شود . تاکنون در ساخت رله ها پیشرفت قابل ملاحظه ای حاصل شده است که به ترتیب می توان از رله های الکترومغناطیسی و اندکسیونی رله های نیمه الکترونیک رله ها ی الکترونیکی و بالا خره رله های دیجیتالی حافظه دار میکروپروسوری با استفاده از مدارات مجتمع آی سی نام برد.

انواع رله و کاربرد آن

انواع رله و کاربرد آنها به شرح زیر است:

الف- رله اضافه جریان

اینگونه رله ها به صورت اندکسیونی و الکترو نیکی در پست های برق کاربرد فراوانی دارند. انرژی الکتریکی از نقطه A‌ با شدت جریان I از طریق خط مربوطه و کلید قطع و وصل کننده ( دژنکتور) یا کلید قدرت به مصرف کننده ( بار ) ارسال می گردد . برای کنترل مقدار جریان عبوری از خط مزبور احتیاج به رله اضافه جریان o/c می باشد . 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 می دهد ، باعث قطع خط مزبور می شود . برای تحریک رله اضافی جریان احتیاج به ترانسفورماتور جریان یا (CT) می باشد . این ترانسفورماتور ، جریان خط را متناسب به نسبت تبدیل آن به رله مزبور انتقال داده و باعث تحریک آن می شود . 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 می نماید ، و در نتیجه باعث عملکرد رله و قطع کلید دژنکتور می گردد .

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

ب – رله اتصال زمین

ساختمان و طرز کار این رله ها مانند رله های 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 می باشند از نظر عملی ، رله های اضافه جریان سیستم سه فازه و رله اتصال زمین تواماً به صورت یک سیستم حفاظتی واحد بسته می شود . رله اتصال زمین اصولاً حساستر از رله های اضافه جریان بوده و هر گاه یکی از فازها به زمین اتصال
یابد ، رله اتصال زمین همراه با رله اضافه جریان همان فاز عمل می نماید . چنانچه مشاهده می گردد ، برای سه فاز فقط احتیاج به یک رله اتصال زمین می باشد .

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 می بود . برای سهولت تشخیص محل اتصال زمین در سیستم قدرت از رله ایی دیگر به نام رله اتصال زمین محدود هم استفاده شده است .

نحوه عملکرد رله ها

ت – رله جهتی

بروز اتصالی در جهت جریانی که مدار جاری می شود مؤثر می باشد در بیشتر طراحی ها جهت جریان برای نصب دستگاه رله می بایست مشخص شود در این صورت از رله ها ی جهتی استفاده می شود از نظر ساختمان داخلی و طرز کار ، این رله به صورتهای اندوکسیونی و الکترونیکی ، کاربرد فراوانی دارد . رله های جهتی دارای دو سیم پیچ بوده که یکی از آنها مانند رله های اضافه جریان با شدت جریان ورودی I تحریک شده و سیم پیچ دیگر با ولتاژ مناسبی تحریک می گردد . این رله ها 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 می نماید.

ث- رله قیاسی یا رله دیفرانسیلی

این رله برای حفاظت مولدها ، ترانسفورماتور ها ، خطوط انتقال نیرو و شین های واقع در ایستگاههای انتقال نیرو به کار می رود . توسط رله دیفرانسیل جریان ورودی و خروجی از دستگاه ، مقایسه می شود در شرایط عادی هنگامی که هیچگونه اتفاق با اتصالی رخ نداده است ، این جریان مساوی و یکسان می باشند . اگر در قسمت مورد حفاظت اتصالی رخ دهد جریان بلافاصله نا مساوی شده و این پدیده باعث عملکرد رله می شود . طرز قرار گرفتن رله برای حفاظت از یک ترانسفورماتور ۲۰/۶۳ کیلو وات نشان داده شده است .

 

رله کنترل درجه حرارت

ج – رله بوخهلس

این رله یکی از مهمترین رله های حفاظتی ترانسفورماتورهای قدرت می باشد ، وظیفه تشخیص بروز هر گونه اتصالی در محفظه داخلی ترانسفورماتور و قطع سریع برق ورودی به آن می باشد . می دانیم که اصولاً ترانسفورماتورهای قدرت به وسیله مایع مخصوصی مانند روغن عایقکاری و خنک می شوند . به خاطر سرد و گرم شدن روغن مزبور ظرف

انبساطی برای آن در نظر گرفته شده و این ظرف از طریق لوله رابطی به محفظه داخلی ترانسفورماتور متصل می باشد .رله بوخهلس بر روی لوله رابط بین ترانسفورماتور و ظرف انبساط قرار می گیرد و روغن از این لوله عبور می نماید . بنابراین تمامی محفظه داخلی رله پر از روغن می باشد . هر گاه هر گونه اتصالی در محفظه داخلی ترانسفورماتور پدید آید ، در نقطه اتصالی مقداری جرقه و قوس الکتریکی زده می شود . در نتیجه این عمل کمی از روغن اطراف محل اتصالی سوخته و تولید حبابهای گازی شکلی را می نماید . این حبابهای گازی به طرف قسمت فوقانی ترانسفورماتور حرکت نموده و از طریق لوله رابطه به رله بوخهلس وارد شده و در قسمت فوقانی رله جمع می گردند . این رله دارای شناوری می باشد که با تجمع حبابهای گاز ، سطح روغن در رله پایین آمده و همراه با آن شناور نیز به پایین می آید.

 

 

پایین آمدن شناور باعث بسته شدن کلید الکتریکی رله و تحریک مدار هشدار و یا قطع می گردد . 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 می باشد 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 رله بوخلهس وارد می شود همانطوریکه قبلاً گفته شد، سرعت زیاد روغن باعث عملکرد دریچه ورودی رله می گردد . این دریچه با شناور پائینی رله هم محور بوده و مستقیماً باعث تحریک مدار قطع می شود . هر گاه در اثر علت های مختلفی از بدنه ترانسفورماتور مقداری روغن ریزش نماید ، به مرور زمان سطح روغن در ظرف انبساط کاهش یافته و به رله بوخهلس می رسد . در رله بوخهلس اگر سطح روغن همچنان کاهش یابد باعث عملکرد و تحریک مدار هشدار و قطع می گردد . در بعضی موارد مقداری هوای نشتی به رله راه یافته و مانند حبابهای گاز باعث تحریک رله می شود .

منبع : power-systems.blogfa.com