رله ها و نحوه تنظیم آن ها

رله ها و نحوه تنظیم آن ها

هدف از حفاظت شبکه های قدرت

اگر در یکی از اجزای شبکه خطایی رخ دهد، یک دستگاه حفاظتی خودکار برای جدا کردن جز تحت خطا با حداکثر ممکن به منظور حفظ بخشهای سالم شبکه در بهره برداری عادی مورد نیاز خواهد بود.

علت های بروز خطا

- اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی ها و صاعقه سببآسیب ایزولاسیون شده و در نتیجه باعث عبور جریان اتصال کوتاه میگردد.

- علت دیگر پیری عایق بوده در نتیجه باعث عبور جریان اتصال کوتاه حتی در ولتاژهای نامی سیستم میگردد.

- دسته سوم شامل خطاهایی که ناشی از وجود اجسام خارجی بوده و سبب اتصال کوتاه بین هادیها میگردد.

ناحیه حفاظتی اصلی

هر وسیله حفاظتی شامل کلیدها و یا رله ها برای خود یک ناحیه حفاظتی ایجاد میکنند که به آن ناحیه اصلی حفاظتی میگویند. و در اثر خطا در این ناحیه، وسیله حفاظتی باید در اسرع وقت خطا را رفع نماید و خطاهای خارج از این ناحیه نباید منجر به قطع رله شود

ناحیه حفاظتی کمکی یا پشتیبان

ممکن است به علت های مختلف از جمله نقص CT ها و PT ها، نقص رله ها، نقص عملکرد کلیدها، نقص تغذیه DC رله ها، نقص سیم کشی بین تجهیزات و غیره حفاظت اصلی نتواند خطای ایجاد شده در شبکه را قطع نماید لذا در شبکه های قدرت بایستی حفاظتی تحت عنوان حفاظت پشتیبان در نظر گرفته شود تا بعد از تاخیر زمانی معینی اقدام به رفع خطا نماید. در غیر اینصورت خط ممکن است به مدت طولانی در شبکه حضور داشته و منجر با آسیب رساندن به شبکه گردد.

خصوصیات سیستم حفاظتی

عملکرد سریع: دستگاههای حفاظتی با عملکرد سریع بایستی خطا را رفع نماید و شبکه را پاکسازی نموده وخسارات وارده به شبکه را به حداقل ممکن برساند و پایداری شبکه را حفظ نماید.

پایداری: یک سیستم حفاظتی اگر در اثر خطای خارجی جریان شدیدی هم از آن بگذرد بایستی پایدار بماند و عملکرد ناصحیح نداشته باشد.

حساسیت:  وسیله حفاظتی بایستی حساسیت لازم نسبت به دامنه کمیت تنظیم شده را داشته باشد و مقادیر بالاتر از موارد تنظیم شده را حس نماید یا pick up کند.

قابلیت اطمینان: وسیله حفاظتی بایستی خطاهای ایجاد شده در ناحیه حفاظتی را با اطمینا ن بالا قطع نماید.

قدرت تمایز: وسیله حفاظتی بایستی بین خطا در ناحیه اصلی و کمکی تمایز قایل شود و آن را شناسایی نماید.

مولفه های ورودی

مولفه های جریان و ولتاژ ورودی رله ها باید دقت کافی جهت تعیین ولتاژ و جریان را داشته باشند و از طریق این اطلاعات پردازش لازم انجام گیرد و فرمان صحیح داده شود.

ترانسهای جریان (current transformer) به دو منظور ساخته ومورد بهره  برداری قرار میگیرند:

- ترانس جریان اندازه گیری برای جریانهای بالا و با دقت بالا

- ترانس جریان حفاظتی در چند برابر جریان نامی و با دقت پایین تر

لزوم بکارگیری ترانسهای جریان برای موارد ذیل میباشد:

- کاهش جریان در ثانویه

- ایزوله نمودن سیستم

با قرار دادن این ترانسها بر روی هر فاز میتوان جریان آنرا با توجه به نسبت تبدیل تعیین شده محاسبه نمود.

جریان خطا و بار و بدلیل شرایط و پارامترهای شبکه از نظر دامنه ممکن است متفاوت باشند و لذا تمایز بصورت معمول از طریق اختلاف جریان سخت و یا غیرممکن است لذا در چنین شرایطی نیاز است تا از مولفه توالی های مثبت، منفی و صفر  بهره گرفت.

عملکرد تجهیزات حفاظتی ساده:

1- فیوز

فیوزها سیمهایی از جنس مخصوص با سطح مقطع کوچک هستند که به طو متوالی در مدارهای برقی قرار میگیرند. اندازه سیم فیوز طوری انتخاب میگردد که جریان نامی مدار را بدون ایجاد حرارت در حد ذوب شدن تحمل نماید و در صورتی که به دلیل اضافه بار یا اتصال کوتاه، جریان از حد مجاز افزایش یافته و سیم فیوز گرم شده و بالاخره ذوب میگردد و مدار قطع میگردد.

مهمترین خاصیت فیوزها قابلیت محدود نمودن مقدار انرژی است که به محل خطا جاری می شود. هر فیوز با توجه به ابعاد و اندازه خود دارای مقدار ثابت I2t می باشد. قبل از اینکه المان فیوزی ذوب شود مرحله پیش قوس بوده و بعد از این، مرحله قوس مب یاشد. زمان عملکرد با مجذور جریان نسبت عکس دارد. مواردی که در سایز نمودن فیوزها بایستی رعایت شود عبارتند از:

- ملاحضه I2t فیوزها (در سایز نمودن فیوزها باید توجه نمود که I2t کل فیوز کوچکتر کمتر از I2t فیوز بزرگتر باشد تا بدون هیچگونه اثر مخربی بر فیوز بزرگتر مدار قطع نماید).

- فیوز باید متناسب با جریان نامی انتخاب شود.

- فیوزها باید تحمل اضافه بار مجاز ناشی از بارها مثل جریان راه اندازی موتورها را داشته باشند.

- اگر اضافه بار بیشتر از یک بار اتفاق می اافتد، باید مقدار بیشتری برای سایز فیوز در نظر گرفته شود

مثال:

سه عدد بار با ولتاژ 415 ولت و با مشخصات ذیل موجود است مطلوبست محاسبه سایز فیوزهای هر مدار و همچنین فیوز بالادست ؟

- بار روشنایی با توان 20کیلو وات

- بار هیتر با توان 30کیلو وات

- بار موتوری با توان 30کیلو وات و جریان راه اندازی 7 برابر جریان نامی و زمان راه اندازی 10 ثانیه و ضریب قدرت 0.85و راندمان 0.9

untitled

فیوز انتخاب شده برای بار روشنایی 32 آمپر میباشد و منحنی حفاظتی فیوز همانند شکل زیر می باشد.

untitled

untitled

فیوز انتخاب شده برای بار هیتر50 آمپر میباشد و منحنی حفاظتی فیوز همانند شکل زیر می باشد.

untitled

untitled

فیوز انتخاب شده برای بار موتور63 آمپر میباشد و منحنی حفاظتی فیوز همانند شکل زیر می باشد.

untitled

همانطور که در منحنی دیده میشود درهنگام راهاندازی موتور ممکن استفیوز عمل نموده و مدار را به اشتباه قطع نماید (قطع جریان 381 آمپر و زمان 10 ثانیه) لذا بایستی فیوز بالاتر را انتخاب نماییم.

با انتخاب فیوز 80 آمپری بازهم فیوز به اشتباه عمل خواهد نمود لذا فیوز 100 آمپری با منحنی ذیل مورد قبول می باشد.

untitled

برای انتخاب فیوز بالادست برای هر سه بار بایستی تمامی جریانها را در نظر گرفت و سپس فیوز را سایز نمود و همینطور شروع منحنی  I2tاین فیوز باید بالاتر از انتهای منحنی I2t (قوس کامل) بزرگترین فیوز پایین دست باشد لذا داریم:

untitled

فیوز 125 آمپر مناسب میباشد ولی باید با در نظر گرفتن راه اندازی موتور نیز در نظر گرفته شود لذا داریم:

untitled

منحنی فیوز 125 آمپر درذیل را بررسی مینماییم تا با نقطه تلاقی جریان فوق و زمان 10 ثانیه تداخلی وجود نداشته باشد لذا این فیوز قادر است تا این جریان را تحمل نماید و در هنگام راه اندازی مدار موتور به اشتباه قطع نگردد.

untitled

اما همانطور که در بالا گفته شد در انتها باید فیوز بالادست و بزرگترین فیوز  پایین دست از نظر منحنی I2t با همدیگر چک شوند تا در زمانیکه اتصال کوتاه بطور مثال در موتور اتفاق می افتد تا لحظه قطع کامل فیوز مربوط به موتور ، فیوز بالادست جریان اتصال کوتاه را حس نکند تا اثر مخربی بر روی آن نداشته باشد. منحنی I2t زیر مفروض است، در این منحنی فیوز 125 آمپر نباید انتخاب گردد زیرا با فیوز 100آمپر تداخل دارد و باید فیوز 160 آمپر انتخاب گردد.

untitled

2- کلیدهای حفاظتی

کلیدهای حفاظتی در انواع مختلف و با کاربردهای مختلفی ساخته میشوند و  و ساختار اصلی حفاظتی آنها عبارتند از:

حفاطت حرارتی:

درجریانهای کوچکتر از جریان خطا (جریانهایی که ماهیت اتصال کوتاه ندارند ) حفاظت توسط بی متال انجام میپذیرد. این کلیدها از نوارهای دو فلزی تشکیل شده اند که ضرایب انبساط حرارتی آنها با همدیگر متفاوت است و  در اثر عبور جریان و ایجاد گرما نوارها خم شده و مدار را قطع میکنند. ترکیب فلزها تاخیر زمانی را ایجاد میکند که بطورمعکوس متناسب با جریان است.

حفاطت مستقیم یا آنی:

یکی از راههای ساده حفاظت میباشد که طی آن عبور جریان از سیم پیچی عبور کرده و میدان مغناطیسی حاصل از آن باعث فعال شدن مکانیزم تریپ میگردد و جریان خطا را قطع می نماید.

شکل زیر نمونه ای از حفاظتهای مستقیم و حرارتی را نشان می دهد.

untitled