بخشی از مقاله
فهرست مطالب
شبكه قدرت از توليد تا مصرف 1
محدوديت توليد 1
انتقال قدرت 1
توزيع و مصرف قدرت 1
آرايش ترانسفورماتورهاي قدرت 2
اجزاء يك پست انتقال يا فوق توزيع 2
ضرورت اتصال به زمين – ترانس نوتر 2
تانك رزيستانس 3
ضرورت برقراري حفاظت 3
انواع سيستمهاي اوركارنتي 4
سيستم حفاظت اوركارنتي فاز به زمين 4
حفاظت باقيمانده يا رزيجوآل 5
هماهنگ كردن رله هاي جرياني زمان ثابت 5
اشكال رله هاي با زمان ثابت 5
رله هاي اوركانت زمان معكوس 6
انواع رله هاي جرياني با زمان معكوس و موارد استفاده هر يك 6
كاربرد رله هاي جرياني 7
رله هاي ولتاژي 7
حفاظت فيدر خازن 7
رله اتومات براي قطع و وصل بنكهاي خازني 8
حفاظت فيدر كوپلاژ 20 كيلوولت 9
حفاظت فيدر ترانس 20 كيلوولت 9
حفاظت جهتي جريان 9
حفاظت R.E.F 10
رله هاي نوترال 10
حفاظت ترانسفورماتور قدرت 10
رله بوخهلتس 11
رله هاي ترميك يا كنترل كننده درجه حرارت ترانس 12
رله ديفرنسيال 13
چند نكته در رابطه با رله ديفرنسيال 16
رله ديفرنسيل با بالانس ولتاژي 17
رله بدنه ترانس 17
حفاظت جرياني براي ترانسفورماتور 18
رله هاي رگولاتور ولتاژ 18
رله اضافه شار 20
حفاظت باسبار 21
نوع اتصالي هاي باسبار 22
خصوصيات حفاظت باسبار 22
انواع حفاظت باسبار 22
حفاظت خط 23
نكاتي در خصوص رله هاي ديستانس 25
نوسان قدرت و حفاظت رله ديستانس در مقابل آن 27
رله دوباره وصل كن 29
كاربرد رله دوباره وصل كن 31
ضد تكرار 32
رله واتمتريك 33
رله مؤلفه منفي 36
سنكرون كردن 39
رله سنكرون چك 41
رله سنكرونايزينگ ( سنكرون كننده ژنراتورها ) 43
رله فركانسي – رله حذف بار 44
سيستم اينتريپ و اينترلاك 46
شبكه قدرت از توليد تا مصرف
يك شبكه قدرت از نقطه توليد تا مصرف،شامل اجزاء و مراتبي است كه ژنراتور را بعنوان مولد و ترانسهاو خطوط انتقال را بعنوان مبدل و واسطه در بر مي‌گيرد .
محدوديت توليد :
ژنراتورها معمولاً” جريانهاي بزرگ را توليد ميكنند اما به لحاظ ولتاژ محدوديت دارند،زيرا عايق بندي شينه ها حجم و وزن زيادي ايجاد ميكند و به همين لحاظ ژنراتورها در نورم هاي ولتاژي 6،11،21 و حداكثر 33 كيلو ولت ساخته مي‌شوند .
انتقال قدرت :
بر عكس توليد كه به لحاظ ولتاژ محدوديت دارد، در انتقال قدرت،مشكل جريان مطرح است زيرا هر چه جريان بيشتر شود،مقطع سيمها بيشتر و در نتيجه ساختمان دكل ها بزرگتر و تلفات انتقال نيز فزوني مي‌گيرد . به همين لحاظ سعي ميشود كه پس از توليد جريان،با استفاده از ترانسفورماتورهاي افزاينده،سطح ولتاژ افزايش و ميزان جريان كاهش داده شود . ضمنا” عمل انتقال سه فاز،توسط سه سيم صورت مي‌گيرد ( به سيم چهارم نيازي نيست ) و براي تشخيص اتصال كوتاههاي احتمالي فاز به زمين،از شبكه زمين و نوترالي كه در پست مبدا ايجاد ميكنند،سود مي‌جويند .
توزيع و مصرف قدرت :
پس از انتقال قدرت تا نزديكي هاي منطقه مصرف،سطح ولتاژ در چند مرحله پايين مي‌آيد تا قابل مصرف شود. در ايران درحال حاضر براي انتفال قدرت ازولتاژهاي 400 و 230 كيلو ولت (فاز- فاز) استفاده ميشود و در مناطق شهري نيز اين ولتاژها به سطح 63 كيلو ولت ( شبكه فوق توزيع )كاهش پيدا ميكند و با تبديل 63 به 20 كيلو ولت،ولتاژ اوليه براي ترانسفورماتورهاي توزيع محلي مهيا مي‌گردد تا با ولتاژ 400 ولت ( فاز- فاز )،برق مورد نياز مصرف كننده هاي عادي فراهم آيد .
آرايش ترانسفورماتورهاي قدرت :
ترانسفورماتورهاي انتقال،از آرايش ستاره / مثلث برخوردارند . طرف ستاره به ولتاژ بالاتر و طرف مثلث به ولتاژ پايين تر متصل ميشود تا در عايق بندي و حجم سيم پيچ ها صرفه جوئي شود . تپ چنجر نيز كه بعنوان تنظيم كننده ولتاژ بكار گرفته ميشود معمولاً در طرف فشار قوي تعبيه مي‌گردد تا عمل تغيير تپ (Tap) را در جريانهاي كمتري انجام دهد و جرقه كنتاكتها به حداقل رسد .
اجزاء يك پست انتقال يا فوق توزيع :
يك پست انتقال يا فوق توزيع، معمولاً شامل خط يا خطوط ورودي،بريكرها،سكسيونر ها، باسبار طرف فشار قوي،ترانس قدرت، ترانس نوتر،ترانس مصرف داخلي،باسبار فشار متوسط،فيدر هاي خروجي،فيدرهاي خازن و غيرو ميشود و در هر پست پانلهاي رله اي و متيرينگ،عمل حفاظت و اندازه گيري را بعهده دارند . باطريخانه و شارژرها نيز وظيفه توليد سيستم D.C. را كه لازمه غالب رله ها مي‌باشد انجام مي‌دهند .
ضرورت اتصال به زمين :
تا زماني كه اتصالي با زمين در شبكه اتفاق نيفتاده باشد،نيازي به برقراري اتصال نوترال با زمين نمي‌باشد، اما به لحاظ امكان وقوع اتصال كوتاه هاي با زمين و برقراري سيستم حفاظتي براي تشخيص آنها،ناچار به داشتن سيستم نوترال خواهيم بود،به اين ترتيب كه سه فاز شبكه را از طريق يك ترانس نوتر (معمولاً داري سيم پيچ زيگزاك ) به يكديگر متصل و نقطه صفر يا خنثي (نول ) آنرا با زمين مرتبط مي‌كنيم . اين ترانس ضمن ايجاد نوترال براي شبكه،بدليل راكتانسي كه دارد ،جريان اتصال كوتاه با زمين را نيز محدود ميكند .
تانك رزيستانس :
عبارت از يك تانك فلزي پر از الكتروليت بسيار رقيق كربنات سديم است . خاصيت اين محلول آن است كه مقاومت الكتريكي آن به طور معكوس در برابر حرارت تغيير ميكند . در صورت پيدا شدن جريان نشتي با زمين ايجاد حرارت در مايع و كاهش مقاومت آن،جريان عبوري افزايش يافته و به سرعت به حدي ميرسد كه رله نوتر را تحريك نمايد . بنابراين خاصيت اين مقاومت،آشكار نمودن جريانهاي نشتي كم و غير قابل تشخيص بوسيله رله نوترال اصلي مي‌باشد تا از عبور جريان مداوم نشتي و داغ شدن ترانس نوتر و سوختن احتمالي آن جلوگيري بعمل آورد .
خواص تانك رزيستانس به همين مورد محدود نمي‌شود بلكه مقاومت حالت نرمال آن و راكتانس ترانس نوتر،مجموعا” به حدي انتخاب ميشود كه آمپر اتصال كوتاه را در حد مورد نظر محدود نمايد . از مزاياي ديگر آن،رزيستانس خالص آنست ( در نقطه مقابل ترانس نوتر كه تقريبا 97% راكتانس خالص است ) و بنابراين در مواردي كه انتخاب يك ترانس نوتر با راكتانس بالا به دليل افزايش اندوكتانس سلفي پست،از بروز و ظهور هارمونيكها جلوگيري ميكنند تا عملكرد سلكتيو رله ها مختل نشود .
ضرورت برقراري حفاظت :
پس از برپايي يك سيستم قدرت،اول چيزي كه نياز به آن احساس ميشود،برخورداري سيستم از يك حفاظت اتوماتيك است . در اوايل پيدايش شبكه هاي قدرت،سعي مي‌شد سيستم را در مقابل جريانهاي اضافي ( Exess Currents) حفاظت نمايد و اينكار توسط فيوز انجام مي‌شد اما با گسترش شبكه ها و تمايل به داشتن حفاظتي انتخاب كننده ( Selective )،يعني آن نوع از حفاظت كه بواسطه آن براي هر خطا ( Fault) ئي در هر نقطه از شبكه،مناسبترين عمل قطع انجام شود، سيستم حفاظت Over current (كه اصطلاحاً ماكزيمم جريان گفته ميشود) مطرح شد و گسترش يافت .
البته نبايد حفاظت اوركارنتي را با حفاظت over load ( اضافه بار )،كه بر مبناي ظرفيت حرارتي مدار منظور ميشود،اشتباه گرفت . در حفاظت اخير اگر بار از مقدار معيني ( معمولاً 2/1 برابر جريان نامي‌خط ) بيشتر شود،فرمان قطع رله صادر ميشود در حاليكه منظور عمده از طرح حفاظت اوركارنتي آنست كه در صورت بروز خطا، رله ها به ترتيب نزديكي به نقطه اتصالي در نوبت قطع بايستند و در صورت عمل نكردن يك رله،رله بعدي فرمان قطع صادر كند .
معمولاً در تنظيم گذاري رله هاي اوركارنت به گونه اي عمل ميشود كه هر دو منظور حاصل شود.
انواع سيستمهاي اوركارنتي :
در جائيكه نيروگاه فقط يك بار منفرد را تغذيه مي‌دهد، نياز حتمي‌به وجود رله اوركارنت نيست و رله اي كه بتواند پس از تاخير معيني مدار را قطع نمايد،كافي به نظر ميرسد . اما در يك شبكه توسعه يافته،كه هر باسبار بيش از يك خروجي را تغذيه ميكند،رفتار سلكتيو بيشتري لازم است تا قسمت حذف شده و خاموشي حاصله به حداقل رسد .
سيستم حفاظت اوركارنتي فاز به زمين :
حفاظت اوركارنتي براي تك تك فازها ضروريست اما يك رله زمين Earth Foult = E/F براي هر سه فاز كافيست . غالباً نياز به آن است كه رلهE/F نسبت به جريانهاي زمين بسيار حساس باشد . بعبارت ديگر،تنظيم رله زمين اغلب كمتر از مقدار تنظيمي‌رله فاز قرار مي‌گيرد ( حدود20 % آن ).
حفاظت باقيمانده يا رزيجوال :
در صورتيكه بخواهيم رله زمين به جريانهاي بسيار كم زمين حساس باشد،از اتصال باقيمانده يا Rsidual Connection ) ) استفاده ميشود،در اين روش،سيم پيچهاي ثانويه سه ترانس جريان – يكي براي هر فاز – بصورت موازي بسته مي‌شوند و مشتركا” يك رله زمين را تغذيه ميكنند . در حالتي كه وضعيت نرمال باشد،خروجي مجموعه اين ترانس ها صفر است و همچنين در حالتي كه اتصال كوتاه دو فاز رخ دهد،اين تعادل همچنان باقي مي‌ماند . خط پارگي در يك فاز ( بدون اتصالي با زمين ) نيز باعث عمل رله نمي‌شود . از آنجائيكه رله زمين در حالت تعادل جريان (درحالت نرمال) تحريك نمي‌شود،مي‌توان تنظيم آنرا پايين انتخاب نمود و آنرا براي هر مقدار جريان نشتي زمين حساس كرد .
هماهنگ كردن رله هاي جرياني زمان ثابت :
اگر تنظيم رله هاي پشت سر هم در يك شبكه را به گونه اي قرار دهيم كه دورترين رله نسبت به نقطه اتصالي،با فاصله زماني معيني (نسبت به رله هاي ما قبل و ما بعد خود) فرمان قطع دهد،در آن صورت چنين هماهنگي رله اي را هماهنگي جرياني- زماني و فاصله زماني بين عملكرد يك رله و رله بعدي را پله زماني يا Margin مي‌ناميم .
در اين شكل سيستم حفاظتي،رله هاي اوركارنت با عملكرد آني (Instataneous R) نيز بعنوان راه انداز و يا آشكار ساز اتصالي بكار مي‌روند. اين رله ها مي‌بايد تنظيمات معيني داشته باشند .
اشكال رله هاي با زمان ثابت ( Definite – time ) :
در صورتي كه در اتصاليهاي ضعيف و شديد،رله ها به ترتيب تنظيمات زمان ثابت خود به عمل در آيند،المان هاي شبكه خسارت بيشتري مي‌پذيرند و اين مورد از نقاط ضعف رله هاي جرياني با زمان ثابت است .
رله هاي اوركانت زمان معكوس ( invers –time )
اشكال فوق در رله هاي زمان ثابت وجود داشت،در رله هاي با زمان معكوس كمتر ميشود . در اين رله ها در صورت زياد شدن جريان عبوري،زمان عملكرد رله كوتاهتر مي‌شودو در نتيجه ترانسفورماتور و ساير المان هاي شبكه،مدت كمتري تحت جريان اتصالي قرار مي‌گيرند و لطمات كمتري متوجه آنها ميشود . در عين آنكه منحني هاي رله هاي پشت سرهم را مي‌توان طوري انتخاب نمود كه انتخاب سطح سلكتيو برقرار بماند .
انواع رله هاي جرياني با زمان معكوس و موارد استفاده هر يك :
اين رله ها بسته به شيب منحني آنها،انواعي دارند،از جمله ؛
1- رله هاي زمان معكوس نرمال(normally inverse)
2- رله هاي زمان معكوس داراي شيب بيشتر(very inverse)
3- رله هاي زمان معكوس داراي شيب تند(extremely inverse)
نوع اول معمولاً”در همه شبكه ها كاربرد دارد.نوع دوم در جايي مناسب است كه جريان اتصال كوتاه به نسبتي كه از منبع دور مي‌شويم،كاهش قابل توجهي داشته باشد .منحني اين رله ها به صورتي است كه زمان عملكرد آنها با دو برابر شدن جريان ،حدودا”نصف ميشود . نوع سوم در آن تيپ از شبكه هاي توزيع مناسبت دارد كه در آنها بهنگام كليد زني،جريان زياد و نسبتا” طولاني كشيده ميشود .چنين جريانهايي با در مدار باقي ماندن وسايلي از قبيل پمپها ،يخچالها و غيره ايجاد ميشود بنابراين لازم است ازآن نوع منحني استفاده شود كه زمان عملكرد تاخيري طولاني بهنگام جريان دادن فيدر داشته باشد و بعلت اين خاصيت ويژه است كه اين رله كاربرد مي‌يابد ،در عين آنكه مي‌توان آنرا با فيوزهاي بعد از آن نيز هماهنگ نمود(منحني اين رله بسيار نزديك به منحني عملكرد فيوزها مي‌باشد ).
كاربرد رله هاي جرياني
از رله هاي جريان با زمان ثابت و زمان معكوس ،در غالب فيدرهاي ورودي يا خروجي كاربرد دارد.در فيدرهاي خروجي 20كيلو ولت و پايين تر ،ازدورله جرياني در دو فاز و يك رله زمين استفاده ميشود .حذف رله جرياني از فاز وسط به جهت صرفه جويي صورت مي‌گيرد و اشكالي نيز بوجود نمي‌آورد ،اما در ولتاژهاي بالاتر ،هر سه فاز از رله جرياني برخوردارند و رله زمين نيز بر سر راه نقطه صفر ترانس جريانها و انتهاي سه رله فازها بسته ميشود .
رله هاي ولتاژي :
كاربرد رله هاي ولتاژي محدود است و دو تيپ عمده دارند:
1- رله ولتاژي كه در اثر كاهش ولتاژ به عمل در مي‌آيد(Under Voltage).
2- رله ولتاژي كه در اثر افزايش ولتاژ تحريك ميشود (Exess Voltage).
از اين رله ها در حفاظت فيدرهاي خازن ،رگولاتور ولتاژ ترانسفورماتور و حفاظت خطوط ورودي به پست استفاده ميشود .
حفاظت فيدر خازن:
در مجموعه حفاظتي فيدر خازن از رله هاي مختلفي استفاده ميشود از آن جمله :
1- رله هاي اوركارنت براي هر فاز
2- رله هاي كاهش و افزايش ولتاژ
3- رله نامتعادلي
در خصوص رله نامتعادلي بايد گفت يك رله ولتمتريك حساس است و دو كار انجام مي‌دهد ؛
1- با ايجاد نامتعادلي در نوتر خازنها ،آلارم و سپس فرمان قطع صادر ميكند .
2- با بي برق شدن فيدر ترانس مربوطه،فيدر خازن را از مدار خارج مي‌سازد . معمولاً خازنهاي موازي ( منصوب روي باسبار 20 يا 63 كيلو ولت )،بصورت ستاره دوبل بسته ميشود و بر سر راه ارتباط دو صفر ستاره،از يك ترانس ولتاژ استفاده ميشود تا در صورت بروز اشكال در هر يك از خازنها ،اين ترانس حاوي ولتاژ شده و رله را تحريك نمايد . معمولاً محدوده عملكرد آلارم اين رله،پايين تر از حد نرمال فرمان قطع آنست . بهنگامي‌كه خازنهاي طرفين از بالانس خارج شود (در اثر طول عمر يا قرار گرفتن بنك هاي خازن در شرايط متفاوت مثلاً آفتاب و سايه )،آلارم خواهيم داشت اما ضعف هر خازن و تغيير ظرفيت نسبتاً شديدتر باعث صدور فرمان قطع خواهد شد . در صورتي كه باسبار ( كه خازنها روي آن نصب هستند ) بي برق شود،اين رله باز هم فرمان قطع خواهد داشت و بنك هاي خازني را از مدار خارج مي‌سازد تا بهنگام برقدار شدن مجدد باسبار،پديده سوئيچينگ باعث انفجار خازنها نگردد .
ضمناً ازتعدادي رله زماني نيز در حفاظت بنكهاي خازني استفاده ميشود ،از جمله آنكه يك رله زماني با تأخير طولاني در وصل ،باعث ميشود كه هر بار پس از قطع فيدر خازن ،تا مدتي (حدود 10دقيقه )از وصل مجدد آن جلوگيري نمايد و اين مسئله به آن خاطر است كه در ابن مدت ،خازنها فرصت كافي براي دشارژ داشته باشد و باقيمانده شارژ باعث بروز انفجاردر آنها نشود.
رله اتومات براي قطع و وصل بنكهاي خازني :
اين وسيله معمولاً به قدرت راكتيو حساس است و مي‌تواند در محدوده تنظيمي‌خود ،بنكهاي خازني را يكي پس از ديگري و به ضرورت در مدار آورده يا از مدار خارج سازد .
در بعضي موارد ،امكان ديگري نيز در اين رله ها تعبيه ميشود تا متناسب با كاهش ولتاژ شبكه ،خازنها را وارد مدار نمايد و اين ارتباط از آن جهت است كه ولتاژ شبكه بستگي به ميزان بار و همينطور Cos شبكه دارد و با كم شدن Cos،شدت جريان افزايش يافته ،افت بيشتر ولتاژ مدار را باعث ميشود و به اين ترتيب، مي‌توانيم رله را طوري تنظيم كنيم كه ولتاژ شبكه از حد محاسبه شده پايين تر آيد ،فرمان وصل به فيدر خازن و در حالت عكس آن فرمان قطع صادر كند .
براي آنكه اين رله بدرستي و دقت عمل نمايد ،داشتن منحني بار مصرفي يك شبانه روز شبكه ضروري خواهد بود . نقاطي كه خازنها بايد وارد مدار ويا از آن خارج شوند ،بر مبناي همين منحني تعيين و به صورت تنطيم روي رله قرار مي‌گيرد .دراين صورت مي‌توان Cosمدار را در طول شبانه روز به طور خودكار و در حد دلخواهي حفظ نمود .در ضمن ،زمان تأخيري لازم براي در مدار در آوردن خازنها روي همين رله تنظيم ميشود.
حفاظت فيدر كوپلاژ 20كيلو ولت:
اين حفاظت معمولاً سه رله جرياني را شامل ميشود تنظيم آن به خاطر هماهنگي تا رله هاي فيدرهاي خروجي و فيدر ترانس ،حد وسط اين دو قرار مي‌گيرد.بنابراين در مواقع بروز اتصالي در يك فيدر و در صورت عدم عملكرد آن فيدر ،اين فيدر قطع ميشود تا فيدر ترانس مربوطه دچار قطع بي مورد نگردد.
حفاظت فيدر ترانس20كيلو ولت:
اين حفاظت به لحاظ تركيب تقريباً مشابه هريك از فيدرهاي خروجي مي‌باشد با اين تفاوت كه معمولاً در هر سه فاز از رله جرياني برخوردار است .در صورتيكه ازرله نوع زمان ثابت استفاده شده باشد ،زماني حدود 2/1ثانيه خواهد داشت (با در نظر گرفتن زمان تنظيمي4/0ثانيه براي فيدرهاي خروجي و 8/0ثانيه براي فيدر كوپلاژ).زمان4/0ثانيه بعنوان margin بين هر دو رله پشت سر هم ،زمان مطلوبي خواهدبود.
حفاظت جهتي جريان:
معمولاً”در مواردي مثل حفاظت ژنراتور در نيروگاه و حفاظت فيدرهاي ترانس،از رله هاي جرياني حساس به جهت جريانDirectional Over Current = D.O.C))استفاده ميكنند و اين امر به خاطر آن است كه در مواقع قطع تحريك ژنراتور يا بي برق شدن ترانس ،از معكوس شدن جريان جلوگيري بعمل آيد.
حفاظت R.E.F:
R.E.F مخفف Restricted Earth Faultبه معناي اتصال زمين محدودي يا محدود شده مي‌باشد و اين وجه تسميه به خاطر آنست كه محدوده معيني از مدار مثلاً يك تكه كابل (مثلاً كابل پرتولين حدواسط ترانس و باسبار) را حفاظت مي‌نمايد .رله ديفرانسيال نيز - كه شرح آن بعداً خواهد آمد – همانند اين رله ولي به شكل كامل تر،محدوده معيني مثل ترانسفورماتور و يا يك لكه كابل يا خط را حفاظت ميكند .بنابراين در مواردي كه خارج از اين محدوده يا ناحيه تعريف شده ،اتصال كوتاه پديد آيد،لازم است كه اين رله به عمل در نيايد .در عين آنكه مي‌بايد براي اتصاي هاي واقع در محدوده آن ،بسيار حساس باشد .
رله R.E.F يك رله آمپريك بسيار حساس است كه در يك مدار ديفرانسيالي (مقايسه كننده جريان ها )قرار گرفته است.اين رله به طور موازي بين ترانس جريان نوترال و مدار رزيجوآلي ترانس جريان هاي فيدر ترانس نصب ميشود .با يك تحليل ساده مي‌توان نشان دادكه در صورت بروز اتصالي در خارج از محدوده مورد حفاظت اين رله ،تحريكي صورت نميگيرد ولي در صورت وقوع اتصالي در محدوده آن، به سرعت به عمل در مي‌آيد. عملكرد اين رله لحظه ايست. براي غير حساس كردن رله به خاطر پرهيز از عملكردهاي بي مورد،مقاومتي (حدود10اهم)با آن سري ميشود .
رله هاي نوترال:
جريان هاي اتصال كوتاه با زمين و هرگونه جريان نشتي شبكه20كيلو ولت،ازطريق نوترال به شبكه باز مي‌گردد . اتصال با زمين در هر يك از خروجي ها،رله اي زمين مربوطه و همچنين رله هاي نوترال را تحت تاثير قرار مي‌دهد و در صورت گذر از حد تنظيمي‌رله ها باعث تحريك آنها ميشود،بنابراين لازم است كه به لحاظ زماني نوعي هماهنگي بين رله هاي زمين خروجي ها و رله هاي نوترال وجود داشته باشد و بيش از عمل رله نوترال ،رله زمين فيدر حروجي مربوطه فرمان قطع صادر ميكند . غالباً يكي از رله هاي نوترال - معمولاً با تنظيم بالا – داراي چنين هماهنگي با هر يك از خروجي ها است .
رله ديگري روي نوترال نصب ميشود كه نصب به جريانهاي بسيار كم نيز حساس است و اصطلاحاً Sensetive Earth) Fault ) گفته ميشود اما داراي زمان تاخير طولاني ( معمولاً يك دقيقه براي آلارم و سه دقيقه براي فرمان قطع ) مي‌باشد . اين رله،جريانهاي نشتي پابدار يا مقاوم (tand by) را ديده و باعث قطع فيدر ترانس ميشود . چنين رله اي را رله دو مرحله اي مي‌نامند . در مواردي كه از تانك رزيستانس بر سر راه ترانس نوتر استفاده نشده است،وجود چنين سيستمي‌ضروري مي‌نمايد .
حفاظت ترانسفورماتور قدرت :
ترانسفورماتور قدرت به دليل ارزش اقتصادي آن،با مجموعه از رله هاي مختلف حفاظت ميشود .از جمله رله هاي اصلي حفاظت كننده آن،رله بوخهلتس و رله ديفرانسيل هستند، رله‌هاي ترميك نيز ترانسفورماتور را به لحاظ حرارتي كنترل ميكنند و بسته به درجات تنظيمي‌آنها،سيستم هاي خنك كنندگي ( همانند فن ها و پمپ روعن ) را بكار مي‌اندازد و يا در صورت افزايش بيش از حد حرارت،آلارم و يا فرمان قطع صادر ميكند .
رله بوخهلتس :
از اين رله مكانيكي جهت حفاظت ترانسفورماتورهاي روغني استفاده مي‌شوند . اين رله بر سر راه مخزن ذخيره روغن و تانك اصلي ( و يا تانك رگولاتور ) ترانس نصب ميشود و در محفظه پر از روغن خود داراي دو شناور مي‌باشد . به هنگام ايجاد جرقه در داخل روغن ترانس ( به دلايل مختلفي از جمله بروز اتصال حلقه در سيم پيچها،اتصال بدنه و … ) و رانش روغن در اين وسيله به دليل هجوم گازها به داخل رله،به عمل در مي‌آيد و با اتصال كنتاكتهاي آن توسط گويهاي شناور،فرمان آلارم يا قطع صادر ميكند و در اين صورت بريكر هاي طرفين ترانس قطع و ترانس از مدار ايزوله ميشود . قابل توجه آنكه علي رغم هيئت مكانيكي،اين وسيله سرعت عمل بالايي دارد ( حدود 35 ميلي ثانيه ) و از اين نظر،با رله ديفرانسيال رقابت ميكند در كشوري مثل آلمان اين رله،حفاظت اصلي ترانس به حساب مي‌آيد . از اين رله در حفاظت تانك ترانس نوتر و ترانس داخلي نيز استفاده ميشود .
رله هاي ترميك يا كنترل كننده درجه حرارت ترانس :
قسمت حس كننده حرارت ( ترموكوپل ) مي‌تواند در داخل سيم پيچ،روغن و يا روي بدنه ترانس نصب شود و به اين طريق درجه حرارت هسته،روعن و يا بدنه ترانس را سنجش كند . در يك ترانس در حال كار،دماي هسته،روغن و بدنه متفاوت است . معمولاً كارحانه سازنده ترانس،منحني ازدياد دماي هسته،روغن و بدنه را در يك گراف در اختيار مصرف كننده قرار مي‌دهد . در يك نمونه ترانس ردكونكور،اختلاف اين سه دما به طور تقريبي حدود 10 درجه است ؛ از همين رو تنظيمات دماي ترمومتر هاي اين سه مورد را با اختلاف 10 درجه نسبت به هم قرار مي‌دهند . براي مثال،چنانچه براي راه انداختن فن ها از ترمومتر هسته استفاده شده و تنظيم آن روي 60 در جه قرار گيرد،در خصوص ترمومتر روغن و بدنه همين ترانس مي‌بايد به ترتيب درجات 50 و 40 منظور شود . براي ترانسفورماتور هاي خشك و يا راكتورهاي غالباً از كنترل كننده حرارتي استفاده نمي‌شود ولي در صورت لزوم مي‌توان با قرار دادن ترموكوپل در داخل سيم پيچهاي آنها،كنترل حرارتي را بر قرار نمود . اين گونه وسايل معمولاً از طريق رله‌هاي جرياني حفاظت مي‌شوند
رله ديفرنسيال :
براي حفاظت ژنراتور،ترانسفورماتور و خطوط يا كابل هاي كوتاه از رله ديفرنسيال استفاده ميشود . اين رله تفاوت جريانهاي ورود و خروج را سنجيده و در صورت وجود تفاوت بين آنها،به عمل در مي‌آيد با توجه به آنكه جريانهاي طرفين ترانس،از طريق،ترانسهاي جريان حاصل ميشود و از آنجائيكه ترانس هاي جريان با هر مقدار دقت و هم كلاس بودن از لحاظ موقعيت نقطه اشباع با هم تفاوتهايي دارند،بنابراين بروز اختلاف و عمل بي مورد رله محتمل خواهد بود . براي خروج رله از اين حالت ناپايداري،مدار را به صورتي تغيير مي‌دهند كه جريان مجموع يا دور زننده ،مقداري از نيروي جريان عمل كننده را خنثي .
با اندازه اي از شدت حساسيت رله كاسته و حالت پايداري بوجود آيد . كويل نگهدارنده عامل اين باز دارندگي است و به گونه اي در مدار جريان دور زننده تعبيه ميشود كه نيمي‌از كويل در طرف اول و نيم ديگر در طرف دوم مدار قرار گيرد . با اين حساب،آمپر دور اين كويل نگهدارنده به دو قسمت تقسيم ميشود ؛ يكي و ديگري و مجموع اين دو متوسط جريان نگهدارنده Restraining Current) ) نيز خواهد بود . هنگامي‌كه اتصال كوتاه در خارج از محدوده رله ديفرانسيال رخ مب دهد هر دو جريان ( I1+I2 ) افزايش مي‌يابد و از اين رو گشتاور كويل نگهدارنده نيز بيشتر شده و و مانع از عمل رله مي‌گردد .
حاصل تقسيم جريان عمل كننده يعني ( I1-I2 ) به متوسط جريان نگهدارنده يعني(I1+I 2) ثابت است و مي‌توان آن را به صورت در صدي بيان نمود و لذا اين رله را مي‌توان يك رله ديفرانسيل در صدي ناميد . به عبارت ديگر،هميشه با مقداري از جريان نگهدارنده مي‌توان مقداري از جريان عمل كننده را خنثي و يا كنترل نمود . مرز تعادل اين دو نيرو عبارت از خط مستقيمي‌است كه با شيب معين در صفحه مختصات دو محور ( I1+I2 )و ( I1-I2 ) رسم ميشود و در حقيقت اين خط حد واسط دو ناحيه ( عملكرد ) و ( عدم عملكرد ) رله مي‌باشد .و حالا اين نكته قابل درك است كه چرا به اين رله ( Biased differencial Relay ) يا رله ديفرانسيل كنترل شده اطلاق ميشود و اين نامگذاري حاكي از آن است كه كويل نگهدارنده،همانند يك كويل كنترل كننده ( Biased Coil ) عمل ميكند .
تنظيم اين رله هم در دو قسمت متمايز صورت مي‌گيرد ؛
تنظيم جريان پايه براي كويل عمل كننده يا تنظيم مقدار پايه .
تنظيم جريان براي كويل نگهدارنده .
تنظيم جزيان پايه براي كويل عمل كننده به صورت زير تعريف ميشود ؛
و اين در حالي است كه جريان در كويل نگهدارنده برابر صفر باشد .
و تنظيم جريان عمل رله هنگامي‌كه از كويل نگهدارنده يا كنترل كننده هم جرياني عبور ميكند،با رابطه زير تعريف ميشود ؛
به عبارت ديگر،مقدار جرياني كه رله در آن عمل ( pick up) ميكند به صورت فرمولي،شكل زير را خواهد داشت :
براي آن كه رله ديفرنسيال عملكرد هاي به خطا و بي مورد نداشته باشد لازم است كه در اين تنظيم موارد زير لحاظ شود ؛
خطاهاي ترانس هاي جريان طرفين .
خطاي حاصل از افزايش تپ ترانس ( اين افزايش در حقيقت نسبت تبديل ترانسفورماتور را تغيير مي‌دهد ) .
مقاومت سيم هاي رابط ( اين مورد بويژه در رله هاي ديفرنسيال مورد استفاده در حفاظت كابل هايي كه از طول كافي برخوردارند،قابل ملاحظه خواهد بود و به همين دليل ساختمان و طرح رله هاي ديفرنسيال كابل،متفاوت از رله هاي ديفرانسيل ژنراتور يا ترانس مي‌باشد . در بخش رله ديفرنسيال طولي به اين مسئله پرداخته خواهد شد )
نا پايداري در مقابل اتصال كوتاههاي شبكه ( بروز اتصال كوتاههاي شديد در شبكه گاهاً پايداري رله را مختل كرده و رله را به عملكرد نا خواسته مي‌كشاند .از اين رو مي‌يابد در صدي از تنظيم را به اين مسئله اختصاص داده ) .
معمولاً براي ترانسفورماتور هاي قدرت،تنظيم جريان عمل كننده با جربان پابه را 20 درصدو تنظيم جريان درصدي رله را 25 در صد قرار مي‌دهند .
در يك نمونه رله ديفرنسيال در حالتي كه جريان نگهدارنده به كويل مربوطه اعمال نمي‌شود،در حساس ترين حالت آن ( وقتي پايين ترين منحني انتخاب ميشود يعني P=0.3 ) رله با حدود A 4/1 به عمل در مي‌آيد،اعمال حدود A 3 به كويل نگهدارنده نيز همين نتيجه را دارد . تا اينجا مسئله مربوط به ناحيه افقي منحني ميشود و در حقيقت اگر كويل عمل كننده با مقداري كمتر از A 4/1 به عمل در نمي‌آيد به علت اصطكاك هاي داخلي رله و نيروي بازدارنده فنرها مي‌باشد كه البته در رله هاي نوع استاتيك اين مقدار به مينيمم ميرسد . با افزايش جريان نگهدارنده تا مرز A 5 ،مقدار جريان كويل عمل كننده نيز فزوني مي‌گيرد و به مقدارA 45/1 ميرسد و جريان نگهدارنده A 7،جريان عمل كننده A 75/1 را نياز خواهد داشت به همين ترتيب وقتي جريان نگهدارنده به A 15 ميرسد،جريان عمل كننده به مقدار A 2/4 خواهد ديبد . به اين ترتيب با به دست آوردن مقادير عملكرد رله در آزمايشگاه مي‌توان تمام نقاط مرز عملكرد رله و در حقيقت صحت عملكرد آن مطالق منحني داده شده از طرف كارخانه سازنده را مشاده نمود .
چند نكته در رابطه با رله ديفرنسيال :
به جهت آنكه در ترانس قدرت،جريان ثانويه مطابق با گروه برداري ترانس نسبت به اوليه مي‌چرخد،بنابراين يكسان نمودن اندازه جريانهاي طرفين رله ديفرنسيال، كفايت نمي‌كند و لازم است از ترانس واسطه يا ترانس تطبيق كه همان گروه برداري ترانس قدرت را داشته باشد استفاده كنيم تا چرخش حاصله را جبران نمايد .
در ترانس واسطه سرهاي مختلفي وجود دارد و اين امر به دليل وجود تپ در ترانس قدرت است . به هنگام عمليات راه اندازي اوليه يك پست لازم است كه جريانهاي اوليه و ثانويه و اختلاف كه همان جريان ديفرانسيال (I1-I2) مي‌باشد،در پايين ترين . بالا ترين تپ اندازه گزفته شده و مناست ترين تپ براي ترانس ترانس واسطه انتخاب يشود تا حداقل جريان عمل كننده را داشته باشيم .
رله هاي ديفرنسيال مغناطيسي،مصرف زياد تري دارند و مخصوصاً اگر ( I1-I2 ) بهنگام بار زياد ترانس قابل توجه شود،گرماي زيادي را به رله تحميل خواهد كرد و ضمناً بدلايلي كه گفته شد، ناپايداري رله را افزايش خواهد داد .
بهنگام تحت تانسيون قرار دادن قدرت از آنجا كه ثانويه باز بوده و جريان مغناطيس‌كننده فقط در اوليه جاري ميشود،جريان ( I1-I2 ) افزايش مي‌يابد كه البته به دليل كم بودن جريان مغناطيس كننده و تنظيم 25 % جريان ( Pick Up) غالبا عملكردي نخواهيم داشت اما نكته قابل توجه آن است كه در هنگام وصل،جريان هجومي( Inrush current ) در اوليه خواهيم داشت و اين جريان در چند سيكل اول مقدار بالايي دارد و مي‌تواند رله را تحريك نمايد . اما با در نظر گرفتن آنكه اين جريان حاوي هارمونيك هاي زوج ( بويژه 2 و 4 ) مي‌باشد،مي‌توان با قرار دادن يك واحد حساس به اين هارمونيك ها و باز نمودن لحظه اي كنتاكت فرمان فطع ( از طربق يك كنتاكت كه بر سر راه كنتاكت فرمان قطع واقع شده باشد )،از عملكرد بي مورد رله ديفرنسيال جلوگيري به عمل آورد . اجازه دا د تا ترانس برقدار شود . اين واحد كه به واحد هارمونيك گير ( Harmonic trap ) معروف است در همه رله هاي ديفرنسيال تعبيه شده است .
رله ديفرنسيال با بالانس ولتاژي :
اساس كار اين نوع رله، تقابل و رو در رو قرارگرفتن ولتاژ هاي آمده از ترانس جريانهاي طرفين خط است . براي اين كار اولاً مدار به صورت ضربدري بسته ميشود تا قطب هاي همنام مقابل هم قرار گيرند و ثانياً براي تبديل جريان هر يك از C . T ها به ولتاژ – براي پرهيز از ايجاد افت در طول مدار – از ترانس اكتور ( Trans actor ) استفاده ميشود اين وسيله،جريان آمده از C.T را متناسباً به ولتاژ تبديل ميكند . در يك نمونه از آن جريان A 5 به v 125/ 0 تبديل ميشود كه در سوكت دستگاه،قابل اندازه گيري است و با اندازه گيري ولتاژ مريوطه مي‌توان مقدار جريان ورودي را دريافت . در هر حال،آنچه كه بين رله هاي طرفين مبادله ميشود ولتاژ و گاهاً يك فركانس كد گذاري شده است كه در صورت برابري جريانهاي طرفين،در محدوده باند فركانسي خاصي خئاهد بود و در صورت به هم خوردن بالانس جريانها ( به هنگام بروز اتصلبي كوتاه در مسير )،فركانس يا فزكانسهاي متفاوتي به طرفين ترسال خواهد شد . معمولاً در هر طرف،واحد هاي Send , Receive وجود دارد و اطلاعات به سرعت مبادله ميشود . طبيعي است كه در خصوص حفاظت ديفرنسيالي كابل نيازي به ترانس واسطه نخواهد بود و واحد هارمونيك گير نيز ضرورتي نخواهد داشت .
رله بدنه ترانس ( Transformer Body Relay ) :
در ترانس هاي قديمي‌كه معمولاً براي آنها از رله ديفرنسيال استفاده نشده است و به خاطر ايجاد حفاظتي در برابر برقدار شدن بدنه آنها كه غالباً توسط پرندگان و غيره به صورت اتصال فاز به بدنه به وجود مي‌آيد از رله بدنه استفاده ميشود . براي مشخص كردن جريان حاصل از اتصالي،چرخشهاي ترانس قدرت از زمين عايق شده و بدنه فقط از يك نقطه زمين مي‌گردد و بر سر راه آن ترانس جريان قرار داده ميشود تا با واسطه يك رله آمپريك (با فرمان قطع سريع)،ترانس بي برق شود . اتصالي احتمالي ولتاژ هايD.C موجود در باكس هاي واقع بر ترانس با بدنه نيز به همين روش آشكار خواهد شد . در جائيكه از رله ديفرنسيال استفاده شود نيازي به ايزوله كردن ترانس از زمين و استفاده از رله بدنه نخواهد بود .
حفاظت جرياني براي ترانسفورماتور :
معمولاًدر هر دو طرف ترانس قدرت با استفاده از C.T ها رله هاي اوركانت (براي هر سه فاز) نيز تعبيه مي‌شوند و البته اين رله ها از جمله حفاظت هاي اصلي ترانس به حساب نمي‌آيند اما با ساير رله هاي اوركانت شبكه هماهنگ هستند و در صورت عمل نكردن رله‌هاي پيش روي خود و پس از گذشت زمان تنظيمي بعمل در مي‌آيند . البته از آنجا كه در غالب رله‌هاي اوركانت، واحد جريان زياد لحظه اي هم وجود دارد،در صورت تنظيم دقيق اين واحدها و افزايش ناگهاني جريان به طوري كه از حدود تنظيمي‌آنها فراتر رود فرمان قطع سريع خواهند داشت .
رله هاي رگولاتور ولتاژ:
تپ چنجر قابل عمل زير بار يكي از اجزا ضروري ترانس قدرت است و براي بكارگيري اتوماتيك آن و بويژه بهنگام كار موازي ترانس ها ،از يك مجموعه رله‌اي استفاده ميشود. مهمترين اين رله ها عبارتند از :
1- رله ولتمتريك ساده :اين رله،ولتاژ فيدر ترانس را مي‌بيند و چنانچه ولتاژ از حد پيش بيني شده –كه روي رله تنظيم شده است-كمتر شود(براي مثال ولتاژ ترانس تا آن اندازه پايين آمده باشد كه با استفاده از رگولاتور ولتاژ غير قابل جبران باشد)،در آنصورت اين رله ،سيستم اتومات رگولاتور را از مدار خارج خواهد كرد. 2- رله رگولاتور با مبناي جرياني :اساس كار اين رله بر اين اصل استوار است كه با ازدياد مصرف يا بار ،افت ولتاژ فزوني مي‌گيرد .بنابر اين پارامتر مبناي كار رله ،جريان و فرمان رله براي رگولاتور ،تغيير ولتاژ(در جهت افزايش يا كاهش)خواهد بود.
3- رله رگولاتور با مبناي ولتاژي :اين رله در صورت كاهش ولتاژ،فرمان افزايش و در صورت عكس آن،فرمان كاهش ولتاژ را به رگولاتور صادر ميكند.سه گونه تنظيم روي اين رله قرار داده ميشود ؛
(1)ولتاژ نرمال ترانس كه در حقيقت ولتاژ مرجع (reference v. )براي رله مي‌باشد.در يك ترانسفورماتور با ثانويه 20 كيلو ولت،وبا يك ترانس ولتاژ (رابط باسبار 20كيلو ولت و رله)،ولتاژ مرجع ،100ولت خواهدبود.
(2) يا محدوده تغييرات ولتاژ به ولتاژ مرجع .در مثال فوق،هر يك كيلو ولت تغيير در ثانويه ،متناسباً يك ولت تغيير در ورودي رله ايجاد ميكند و چنانچه تنظيم ، يك ولت انتخاب شده باشد ،با كاهش ولتاژ ثانويه ترانس تا مرز 19كيلو ولت،اين رله فرمان افزايش وبا افزايش ولتاژ ترانس تا مرز 21كيلو ولت، رله فرمان كاهش ولتاژ را صادر خواهد كرد.بديهي است كه اين تنظيم مي‌بايد باتوجه به افزايش ولتاژ ترانسفورماتور به ازاي عمل هر تپ آن بوده و به گونه اي باشد كه با تغييرات ولتاژ شبكه ،رگولاتور ولتاژ ،پيوسته فعال نشود.
(3) رله زماني :اين رله تاخير زماني در ارتباط با مدار فرمان رله رگولاتور ولتاژ قرار مي‌گيرد و اين فرصت را ايجاد ميكند تا چنانچه در محدوده تصميم گيري رله براي ارسال فرمان، ولتاژخروجي ترانس به حالت نرمال خود نزديك شد،از فعاليت بي مورد تپ چنجر جلوگيري شود.
در رله استاتيك جديد،معمولاً”هر دو رله آمپريك و ولتمتريك،بصورت مجتمع و در يك واحد،گرد آمده اند.در چنين طرحي،بدليل كنار هم بودن پارامترها و استفاده از گيت هاي رماني مختلف،دقت عمل رله افزايش مي‌يابد.
رله اضافه شار(over flux):
عواملي كه در تخريب ترانسفورماتور نقش دارند عبارتند از :
اضافه بارها،جريان هاي اتصال كوتاه،اضافه ولتاژها و همچنين كاهش فركانس .
اضافه بار،تلف مس و بالارفتن دما را بدنبال مي‌آورد .جريان هاي اتصال كوتاه نيز هر چند كوتاه مدت هستند اما گرماي زياد و تنش هاي مكانيكي ايجاد ميكنند و وقتي به دفعات تكرارشوند،آسيبهاي جدي به سيم پيچ ها وارد مي‌سازند و اين آسيب در سيكل اول جريان اتصالي بيشترين مقدار خود را دارد و حفاظت خودكار نيز،نميتواند نقشي در رفع آن داشته باشد .اضافه ولتاژهاي مرتبت برترانس ها به دو دسته تقسيم مي‌شوند ؛اول، اضافه ولتاژهاي گذرا كه معمولاً ناشي از صاعقه و سوئيچينگ هستند و در صورت خنثي نشدن توسط برقگيرها،به شكل ايمپالس وارد ترانس شده و تاثيرات مخرب خود را باقي مي‌گذارند .
دوم،اضافه ولتاژهاي فركانس قدرت هستند كه افزايش شار هسته و بدنبال آن، افزايش نامتناسب و بزرگ جريان مغناطيس كننده را بوجود مي‌آورند .شار حاصله از ورقه هاي هسته مي‌گذرد و همينطور در ساختمان فلزي بدنه ترانس بطور پراكنده مي‌پيچد و در مجموع در قسمتهاي انحنادار و نامتقارن سيم پيچ ها ايجاد گرماي شديد ميكند كه در صورت ادامه دار بودن،موجب خرابي عايق ها ميشود .همين حالت را كاهش فركانس –كه افزايش جريان و افزايش شار را بدنبال دارد-نيز بوجود مي‌آورد.
كلا” بنا به ملاحظات اقتصادي،طراحي ترانسفورماتورها به صورتي انجام ميشود كه مقدار كمي‌اضافه ولتاژ فركانس قدرت را در دراز مدت تحمل ميكند اما بكار گرفتن اين وسايل در ولتاژهاي بالاتر،بويژه اگر با كاهش فركانس نيز توام شود،نميتواند ادامه يابد.به همين خاطر،تاثير اين دو پارامتر،در اين،رله،به صورت نسبت ولتاژ نامي(به صورت پريونيت) سسنجيده ميشود و چنانچه اين نسبت از واحد تجاوز كند،رله به عمل در مي‌آيد.فرمول پايه به كار گرفته شده در ساختار رله به صورت زير است ؛
در اين رابطه،منظور از ولتاژنامي،بالاترين ولتاژي است كه ترانسفورماتور براي آن طراحي شده است.گفتني است كه در اين حفاظت، نياز به عملكرد سريع نبوده و قطع آني مورد نظر نمي‌باشد،اما چنانچه شرايط غيرعادي حدود يك دقيقه ادامه يابد، جداكردن ترانس ضروري خواهد بود.حفاظت اضافه شار عمدتاً در ترانسسفورماتورهاي نيروگاه كه بيش از سايربن در معرض وقوع اين پديده هستند كاربرد دارد، گرچه در نظر گرفتن آن براي تمامي‌ترانس هاي قدرت نيز خالي از حكمت نخواهد بود.
حفاظت باسبار:
در اوايل تاسيس شبكه ها بدليل توسعه نيافتگي طرح رله ها،لزوما” حفاظت شبكه را كلي در نظر مي‌گرفتند و نه موضعي. اما بعدها كه حفاظت هاي مقطعي براي ترانس، كابل و خط در نظر گرفته شد، باسبار هم حفاظت مخصوص به خود را طلب نمود بويژه آنكه باسبارها رفته رفته به صورت نقاط متمركز قدرت اتصال كوتاه و به ضرورت،به چند قسمت تقسيم شدند و هر قسمت حجم زيادي از قدرت را توزيع مي‌كرد و چنانچه اتصالي در يك قسمت اتفاق مي‌افتاد،روا نبود كه مجموعه باسبار از شبكه خارج شود و خاموشي گسترده ايجاد كند. به اين خاطر بود كه حفاظت باسبار ،حفاظت ويژه اي شد و امروزه از كيفيت پيشرفته و سريعي برخورداراست به صورتيكه بروز اختلال در كار آن، ممكن است پايداري سيستم رابه خطر اندازد.
