بررسي عملكرد رله پيلوت در شبكه فوق توزيع

 فصل اول

فلسفه رله‌گذاري حفاظتي

 

 

 

• رله‌گذاري حفاظتي چيست؟

معمولا وقتي درباره يك سيستم برق‌رساني مي‌انديشيم، اجزا چشمگير آن از قبيل نيروگاه‌هاي بزرگ، ترانسفورماتورها، خطهاي فشار قوي و غيره به ذهنمان مي‌آيد. در عين حال كه اين اجزا قسمتهاي اصلي را تشكيل مي‌دهند، بسياري اجزاي ضروري و جالب ديگر نيز در سيستم وجود دارد كه رله‌هاي حفاظتي از همين دسته‌اند.

در اينجا نقش رله‌گذاري حفاظتي را در طراحي و كاركرد سيستمهاي برق‌رساني با بررسي مختصري از زمينه كلي موضوع توضيح مي‌دهيم. سه جنبه مختلف سيستم برق‌رساني در اين بررسي به كار مي‌آيد. اين جنبه‌هاي عبارتند از :

الف) بهره‌برداري عادي

ب) جلوگيري از بروز عيب الكتريكي

ج) محدودكردن پيامدهاي بروز عيب الكتريكي

اصطلاح “بهره‌برداري” به حالتي اطلاق مي‌شود كه در دستگاهها عيبي نباشد. اشتباهي از افراد سر نزند و بلايي آسماني رخ ندهد. در اين حالت، حداقل امكانات براي تامين برق مصرف‌كنندگان فعلي و برآوردن مقداري از نيازهاي قابل پيش‌بيني براي آينده فراهم است. پيش‌بينيهاي لازم براي بهره‌برداري عادي، قسمت عمده هزينه‌هاي سرمايه‌اي و عملياتي را در برمي‌گيرد. لكن سيستمي كه تنها از اين ديدگاه طراحي شده باشد چه بسا پاسخگوي نيازهاي امروزي نباشد.

عيب كردن دستگاههاي برق‌رساني سبب خاموشي‌هاي تحمل‌ناپذير مي‌شود. از اين رو بايد پيش‌بينيهايي انجام داد تا خسارتهاي وارد بر دستگاهها و قطع جريان برق در هنگام بروز عيب به حداقل كاهش يابد.

در اينجا دو راه چاره به نظر مي‌رسد: اولا خصيصه‌هايي با هدف جلوگيري از بروز عيب در طراحي منظور كنيم و ثانيا به راههايي بينديشيم كه در هنگام بروز عيب دامنه خسارتها را كاهش دهد. در طراحي سيستمهاي جديد از هر دو راه حل به درجات مختلف و با توجه به جنبه‌هاي اقتصادي هر مورد خاص استفاده مي‌شود و هر روز پيشرفتهايي محسوستر در جهت افزايش اطمينان‌بخشي دستگاهها صورت مي‌گيرد. اما از سوي ديگر وابستگي به نيروي برق نيز هر روز بيشتر مي‌شود. در نتيجه اگر چه احتمال بروز عيب كاهش مي‌يابد، از سوي ديگر قطع برق نيز تحمل‌ناپذيرتر مي‌شود. از اينجا به بعد سودمندتر آن است كه وقوع عيب را مجاز بشماريم و در عوض، چاره‌اي براي كم كردن دامنه خسارات آنها بينديشيم.

بعضي از خصيصه‌هاي طرح و بهره‌برداري كه هدف آنها كم كردن پيامدهاي عيب است عبارتند از :

فصل اول                                               فلسفه رله گذاري حفاظي                                                  صفحه:8

الف) خصيصه‌هايي كه آثار مستقيم عيب را محدود مي‌سازند.

• طراحي به منظور محدود كردن مقدار جريان اتصال كوتاه
• طراحي به منظور ايستادگي در مقابل تنشهاي حرارتي و مكانيكي حاصل از اتصال كوتاه.
• پيش‌بيني دستگاههاي كسر ولتاژ با تاخير زماني بر روي كليدها براي جلوگيري از قطع بارها در هنگام افتهاي زودگذر ولتاژ.

ب) خصيصه‌هايي با هدف جداسازي فوري قسمت معيوب

• رله‌گذاري حفاظتي
• كليدهاي با قدرت قطع كافي
• فيوزها

ج) خصيصه‌هايي كه پيامدهاي كنار رفتن قسمت معيوب را كم مي‌كند.

• مدارهاي جانشين
• ظرفيتهاي ذخيره در مولدها و ترانسفورماتورها
• بازبست خودكار

د) خصيصه‌هايي كه در فاصله بين وقوع عيب تا حذف آن براي نگهداشت ولتاژ و پايداري سيستم وارد عمل شود.

• تنظيم خودكار ولتاژ
• مشخصه‌هاي پايداري مولدها

بنابراين رله‌گذاري حفاظتي يكي از چندين خصوصيت طرح سيستم در مورد به حداقل رساندن صدمات به دستگاهها و قطع برق در هنگام بروز عيب است. وقتي صحبت از حفاظت با رله به ميان مي‌آيد منظور آن است كه رله‌ها همراه با ساير وسايل به كاهش خسارات و بهبود خدمات‌رساني كمك مي‌كنند. پس تواناييها و شرايط كاربرد رله‌هاي حفاظت را بايد همزمان با ساير خصيصه در نظر گرفت.

فصل اول                                               فلسفه رله گذاري حفاظي                                                     صفحه:9

2-1) وظيفه رله‌گذاري حفاظتي

وظيفه رله‌گذاري حفاظتي اين است كه بي‌درنگ هر جز از سيستم برق‌رساني را كه دچار اتصال شود يا آغاز به عمل غيرعادي كند به طوري كه احتمال خطر برود يا موجب مزاحمت براي عملكرد درست بقيه سيستم شود از مدار خارج سازد. وسايل رله‌گذاري در اجراي اين وظيفه از كليدهايي كمك مي‌گيرند كه قادرند جز معيوب را با دريافت فرمان از وسايل رله‌گذاري جدا كنند.

كليدهاي قدرت معمولا در جايي قرار مي‌گيرند كه مي‌توانند هر مولد، ترانسفورماتور، باسبار، خط انتقال نيرو و غيره را كاملا از بقيه سيستم جدا سازد. اين كليدها بايد ظرفيت كافي داشته باشند كه بتوانند بيشترين جريان اتصال كوتاه را كه امكان عبور آن از كليد هست موقتا تحمل و سپس قطع كنند. همچنين بايد بتوانند بر روي چنين اتصال‌هايي بسته شوند و سپس براساس استانداردهاي مشخص آن را جدا سازند.

در جاهايي كه رله حفاظت و كليدهاي قدرت از لحاظ اقتصادي موجه نباشد فيوز به كار مي‌رود. گرچه وظيفه اصلي رله‌گذاري حفاظتي، كاستن پيامدهاي اتصال كوتاه است، حالتهاي غيرعادي ديگري هم در بهره‌برداري روي مي‌دهد كه به كار رله‌هاي حفاظت نياز پيدا مي‌شود. اين موضوع بويژه در مورد مولدها و موتورها صدق مي‌كند.

وظيفه دوم رله‌گذاري حفاظتي اين است كه نشانه‌هايي از محل و نوع عيب به دست دهد. اين‌گونه اطلاعات نه تنها به انجام شدن تعميرات، سرعت مي‌بخشد بلكه از راه مقايسه با نتيجه بازديد و نوسان نگارهاي خودكار مي‌تواند اين امكان را فراهم آورد كه كارآيي خود رله‌ها هم در جلوگيري از بروز عيب و كاستن دامنه خسارات ارزيابي شود.

3-1) اصول اساسي در رله‌گذاري حفاظتي

ابتدا فقط وسايل رله‌گذاري براي حفاظت در مقابل اتصال كوتاه را درنظر مي‌گيريم. دو گروه از اين وسايل وجود دارد كه يكي رله‌گذاري “اصلي” و ديگري رله‌گذاري “پشتيبان” خوانده مي‌شود. رله‌گذاري اصلي درواقع خط اول دفاعي را تشكيل مي‌دهد و حال آنكه رله‌گذاري پشتيبان فقط وقتي عمل مي‌كند كه رله‌گذاري مقدم در انجام وظيفه خود شكست خورده باشد.

فصل اول                                               فلسفه رله گذاري حفاظي                                                     صفحه:10

1-3-1) رله‌گذاري مقدم

شكل (1) رله‌گذاري مقدم را نشان مي‌هد. نخستين اظهارنظر آن است كه كليدهاي قدرت در محل اتصال هر جزء به سيستم جاي گرفته اند.اين پيش بيني اجازه مي دهد كه بتوان فقط جزء معيوب را از مدار جدا كرد. گاه مي‌توان كليد بين دو جز مجاور را حذف كرد كه در اين حالت در هنگام عيب‌كرد يكي از اين دو جز بايد هر دو را از مدار جدا ساخت.

دومين نكته آن است كه در اطراف هر جز از سيستم، يك منطقه حفاظت جداگانه‌اي بوجود مي‌آيد كه اينك سخن بر سر چگونگي ايجاد آن نيست. اهميت اين مطلب در آن است كه بروز عيب در هر منطقه سبب قطع همه كليدهاي واقع در آن منطقه خواهد شد.

همچنين آشكار مي‌شود كه در مقابل عيبهايي كه در محل تداخل دو منطقه حفاظت مجاور روي دهد تعداد كليدهاي قطع شده بيش از كمترين تعدادي است كه براي بيرون بردن قسمت معيوب ضرورت دارد. اما اگر مناطق با هم تداخل نكنند عيبي كه در حد فاصل بين دو منطقه پيدا شود در هيچ منطقه‌اي قرار نمي‌گيرد و بنابراين هيچ كليدي قطع نخواهد شد. از ميان اين دو حالت ، وجود تداخل ضرر كمتري دارد. ميزان تداخل نسبتا كم و احتمال وقوع عيب در محل تداخل ناچيز است و درنتيجه قطع شدن تعداد زيادي كليد، بسيار نادر خواهد بود.

در حفاظت واحد كه براي تجهيزات مختلف به‌كار مي‌رود محل قرار گرفتن ترانسفورماتورهاي جريان (C.T)ها به‌گونه‌اي انتخاب گردند كه نواحي مجاور حفاظتي روي هم قرار گيرند. به عبارت ديگر، چنانچه C.Tهاي حفاظت‌هاي واحد، مجاور كليد و به طرف قطعه مورد حفاظت (خطوط، ترانسفورماتور و …) قرار گيرند. فاصله بين دو ناحيه حفاظتي مجاور يكديگر، فاقد حفاظت خواهد بود. بنابراين اگر خطايي در فاصله بين دو C.T دو ناحيه مختلف اتفاق افتد آن خطا توسط سيستم حفاظتي برطرف نخواهد شد. شكل (2) و (3) به ترتيب قرار گرفتن ناصحيح و صحيح C.Tها را نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

 

شكل (2) حفاظت نوع واحد و شكل قرار گرفتن ناصحيح C.Tها

 

 

 

 

 

 

شكل (3) حفاظت نوع واحد و شكل قرار گرفتن صحيح C.Tها و روي هم قرار گرفتن نواحي حفاظتي

2 ـ 3 ـ 1) رله‌گذاري پشتيبان

رله‌گذاري پشتيبان فقط براي حفاظت در مقابل اتصال كوتاه به‌كار مي‌رود. از آنجا كه اتصال كوتاه، فراوانترين نوع عيب در سيستمهاي برقرساني به‌شمار مي‌رود احتمال عيب كردن رله‌گذاري مقدم بصورت اتصال كوتاه نيز بيشتر است. تجربه نشان مي‌دهد كه رله‌گذاري پشتيبان براي عيبهايي جز اتصال كوتاه از نظر اقتصادي موجه نيست.

فصل اول                                               فلسفه رله گذاري حفاظي                                                     صفحه:12

براي آنكه بتوان بهتر به روشهاي مربوط به رله‌گذاري پشتيبان پي برد، دريافتي روشن از علل احتمالي عيب كردن رله‌هاي مقدم ضرورت دارد. وقتي مي‌گوييم رله‌گذاري مقدم مي‌تواند عيبت كند يعني اينكه در موارد چندي ممكن است از جدا كردن بخش معيوب بازبماند. بروز عيب در رله‌گذاري مقدم مي‌تواند ناشي از عيب كردن هر يك از قسمتهاي زير باشد:

الف) منبع جريان يا ولتاژ رله‌ها

ب) منبع ولتاژ مستقيم قطع‌كننده كليدها

ج) رله‌هاي حفاظت

د) مدار قطع‌كننده يا مكانيزم قطع كليد

ﻫ) كليد

ايده‌آل اين است كه رله‌گذاري پشتيبان چنان در نظر گرفته شود كه همزمان با پيدايش عيب در رله‌گذاري مقدم، عيب نكند. واضح است كه اين عمل فقط وقتي حاصل مي‌آيد كه رله‌هاي پشتيبان را در جايي نصب كنيم كه هيچ جزء مشترك و يا فرمان مشترك با رله‌گذاري مقدمي كه بناست پشتيباني شود در آنها به‌كار نرفته باشد. در عمل هر جا كه ممكن باشد رله‌گذاري پشتيبان را در ايستگاه ديگري قرار مي‌دهند.

چنانچه حفاظت پشتيبان در محل حفاظت اصلي قرار گرفته باشد به حفاظت پشتيبان محلي و چنانچه دور از حفاظت اصلي باشد، به حفاظت پشتيبان دور موسوم است.

در شكل (4) براي حفاظت ترانسفورماتور، ابتدا رله ₁R در كوتاهترين زمان مثلا ً01/0 ثانيه عمل مي‌كند (حفاظت اصلي) و سپس در صورت عدم قطع رله ₁R، عمل قطع به ترتيب توسط رله‌هاي ₂R و ₃R بعنوان رله‌هاي پشتيبان محلي و دور انجام خواهد شد لازم به توضيح است رله‌هاي ₂R و ₃R مثلاً در زمانهاي 3/0 يا 6/0 ثانيه عمل مي‌نمايند.

در شكل (4) براي خطا در نقطه F در ترانسفورماتور، ₁R رله اصلي، ₂R پشتيبان محلي و ₃R پشتيبان دور است.

 

 

 

 

شكل (4) يك شبكه نمونه به همراه رله‌ها و كليدهاي قسمت‌هاي مختلف

 

فصل اول                                               فلسفه رله گذاري حفاظي                                                     صفحه:13

وظيفه دوم رله‌گذاري پشتيبان غالباً اين است كه وقتي وسايل رله‌گذاري مقدم را براي تعمير يا سرويس از مدار خارج مي‌كنند. عهده‌دار تأمين حفاظت مقدم شود.

شايد نيازي به توضيح نباشد كه وقتي رله‌گذاري پشتيبان عمل كند قسمت بيشتري از سيستم قطع مي‌شود تا وقتي كه رله‌گذاري مقدم به درستي عمل كند.

وقتي رله‌گذاري مقدم مختل مي‌شود حتي اگر رله‌گذاري پشتيبان كار خود را به خوبي انجام دهد، برق‌رساني كم و بيش دچار صدمه خواهد شد به عبارت ديگر رله‌گذاري پشتيبان را نمي‌توان جانشين شايسته‌اي براي نگهداري صحيح دانست.

4 ـ 1) حفاظت در مقابل ديگر حالتهاي غيرعادي

رله‌گذاري حفاظتي در مقابل عواملي جز اتصال كوتاه هم در رده^ء رله‌گذاري مقدم دسته‌بندي مي‌شود. ولي از آنجا كه حالتهاي غيرعادي نيازمند حافظت در اجزاي مختلف سيستم متفاوت است برخلاف حفاظت در مقابل اتصال كوتاه، تداخل حوزه عمل رله‌ها معمولاً در حالتهاي ديگر به‌كار نمي‌رود. در عوض هر جزء سيستم را جداگانه به هر نوع رله‌گذاري كه بدان نياز باشد مجهز مي‌كنند و اين رله‌گذاري را طوري ترتيب مي‌دهند كه كليدهاي لازم را قطع كند. البته اين كليدها غير از كليدهايي هستند كه در مورد رله‌گذاري در برابر اتصال كوتاه قطع مي‌شوند. در اين موارد چنانكه پيش از اين گفتيم رله‌گذاري پشتيبان به‌كار نمي‌رود زيرا تجربه آن را از نظر اقتصادي توجيه نمي‌كند. ولي در بيشتر مواردي كه حالتهاي غيرعادي ديگري روي دهد كه جريانها يا ولتاژهاي غيرعادي پديد آورد، رله‌گذاري پشتيبان مربوط به اتصال كوناه عمل خواهد كرد كه بدين‌سان نوعي حفاظت پشتيبان فرعي فراهم مي‌شود.

 

 

فصل دوم                                                                 انواع رله                                                             صفحه:14

 

 

 

 

 

 

فصل دوم

انواع رله

 

1 ـ 2) انواع رله برحسب مورد استعمال

فصل دوم                                                                 انواع رله                                                            صفحه:15

رله برحسب مورد استعمال آن به انواع زير تقسيم مي‌شود:

1 ـ رله سنجشي

2 ـ رله زماني

3 ـ رله جهت‌ياب

4 ـ رله خبردهنده

5 ـ رله كمكي

1 ـ 1 ـ 2) رله سنجشي (Messrelais)

رله سنجشي رله‌ايست كه با دقت و حساسيت معيني در موقع تغيير كردن يك كميت الكتريكي و يا يك كميت فيزيكي ديگري شروع به كار كند. چنين رله‌اي براي مقدار معيني از يك كميت مشخصي تنظيم مي‌شود و اگر آن كميت از مقدار تعيين و تنظيم‌شده كمتر و يا بيشتر شود، رله آن تغييرات را مي‌سنجد. در اينگونه رله حقيقتاً عمل سنجش انجام مي‌شود و رله شبيه به يك دستگاه اندازه‌گيري با تمام مشخصات، محاسن و معايب آن كار مي‌كند.

رله سنجشي بر دو نوع است:

الف) رله سنجشي ساده

ب) رله سنجشي مركب

رله سنجشي ساده اغلب داراي يك سيم‌پيچي تحريك‌شونده مي‌باشد كه در اثر تغيير جريان و يا ولتاژ تحريك و موجب وصل شدن كنتاكتي مي‌شود (رله حرارتي، رله جريان زياد و رله فشار كم)

رله سنجشي مركب حداقل داراي دو سيم‌پيچي تحريك‌شونده مي‌باشد. مثل رله‌اي كه نسبت ولتاژ و جريان را مي‌سنجد (رله سنجش مقاومت ظاهري). به كمك چنين سنجشي مي‌توان آن قسمت از شبكه را كه اتصالي شده است از مدار جدا كرد (رله ديستانس)

2 ـ 1 ـ 2) رله زماني (Zeitrelais)

فصل دوم                                                                 انواع رله                                                             صفحه:16

رله زماني موثرترين عنصر يك رله در حفاظت موضعي است. رله زماني نه تنها در حفاظت تأسيسات الكتريكي بلكه در خودكار كردن آنها نيز مورد استعمال بسيار دارد.

رله زماني هيچ وقت به تنهايي به‌كار برده نمي‌شود، بلكه با رله سنجشي در حفاظت شبكه الكتريكي مصرف مي‌شود و مورد استعمال آن در محلي است كه خواسته باشيم عمداً تأخيري در عمل قعط و وصل ايجاد كنيم.

دقت يك رله زماني بايد بسيار زياد و قابل تنظيم تا چند دهم ثانيه باشد. در غير اينصورت اگر چندين رله زماني در مداري بطور متوالي نصب شود موجب قطع بي‌موقع قسمتي از شبكه مي‌گردد و عمل حفاظت موضعي مختل مي‌گردد.

3 ـ 1 ـ 2) رله جهت ياب (Richtungsrelais)

براي كنترل و سنجش توان و نيرو در شبكه الكتريكي و يا قسمتي از شبكه جريان متناوب از رله^ء جهت‌ياب استفاده مي‌شود. تعيين جهت نيرو براي حفاظت محلي و سلكيتو در اغلب شبكه‌ها كاملاً ضروري و لازم است. به كمك رله جهت‌ياب مي‌توان فقط آن قسمت از شبكه كه خسارت ديده و معيوب شده است از مدار خارج كرد، حتي مي‌توان از اين رله جهت حفاظت ژنراتور و توربين در موقع برگشت نيرو نيز استفاده نمود.

4 ـ 1 ـ 2) رله خبردهنده (Melderelais)

وظيفه رله خبردهنده نمايان ساختن و مشخص كردن تغييراتي است كه در تغذيه شبكه پيش آمده است خواه اين تغييرات تعمدي و يا در اثر اتفاق و خطائي در شبكه، خودبخود بوجود آمده باشد بعبارت ديگر رله خبردهنده نشان مي‌دهد كه كدام كليد قدرت در اثر خطائي كه در شبكه بوجود آمده قطع شده است. بعضي از رله‌هاي خبردهنده علت قطع شدن و پريدن كليد خودكار را نيز مشخص مي‌كند. در ضمن رله خبردهنده نشان مي‌دهد كه آيا كليد قدرتي كه مي‌بايست قطع شود، قطع شده يا بعلت اختلالاتي كه در مدار فرمان آن موجود است، فرمان قطع به كليد نرسيده و كليد بحالت وصل باقي مانده است.

5 ـ 1 ـ 2) رله كمكي (Hilfs relais)

رله سنجشي اغلب در موقعي كه خطائي در شبكه پيش مي‌آيد عامل بستن كليد يا كنتاكتي است كه توسط آن مدار فرمان قطع كليد بسته مي‌شود، زيرا نيروي مكانيكي رله^ء سنجشي براي قطع كردن كليدهاي قدرت با فنرهاي سنگين و محكم به هيچ‌وجه كافي نمي‌باشد.

فصل دوم                                                                 انواع رله                                                             صفحه:17

از اين جهت است كه رله سنجشي مستقيماً كليد قدرت را قطع نمي‌كند، بلكه موجب تحريك رله ديگري به اسم رله فرعي يا رله كمكي مي‌شود. اين رله داراي مدار تغذيه جداگانه و مستقلي است و بوسيله^ء جريان دائم با ولتاژ 110 يا 220 ولت تغذيه مي‌شود و داراي چنان نيروئي است كه مي‌تواند كليدهاي فشار قوي با قدرت زياد را قطع و وصل كند در ضمن مي‌توان از رله كمكي براي نشان دادن نوع خطا نيز استفاده كرد.

يك رله حفاظتي اغلب براي اينكه بتواند وظيفه محافظت خود را به نحو كامل انجام دهد، بايد از تعداد زيادي رله سنجشي و رله كمكي و ترانسفورماتور جريان و ولتاژ و مقاومت سري و يكسوكننده تشكيل شده باشد. اين رله‌هاي مختلف اعضاي يك رله كامل را تشكيل مي‌دهد. اين عضوها برحسب عملي كه انجام مي‌دهند به نامهاي مختلف از قبيل عضو تحريك‌كننده، عضو جهت‌دهنده، عضو خبردهنده و غيره مشخص مي‌شوند.

اين عناصر مي‌توانند در يك دستگاه جمع شوند و تشكيل يك واحد حفاظتي را بدهند و يا اينكه بطور مجزا و جداگانه در تابلوي حفاظت شبكه نصب گردند.

2 ـ 2) انواع رله بر مبناي كميت اندازه‌گيري

يكي از روشهاي دسته‌بندي رله‌ها تقسيم‌بندي براساس وظيفه آنهاست به عبارت ديگر اين تقسيم‌بندي براساس پارامتري كه رله اندازه مي‌گيرد استوار است.

در تقسيم‌بندي كه بر مبناي كميت اندازه‌گيري استوار است رله‌ها براساس تنظيم اوليه معين‌شده كار مي‌كنند.

رله‌ها بر مبناي كميت اندازه‌گيري شامل انواع زيرند:

1 ـ رله‌هاي جرياني

2 ـ رله‌هاي ولتاژي

3 ـ رله‌هاي توان

4 ـ رله‌هاي جهت‌دار

5 ـ رله‌هاي فركانسي

6 ـ رله‌هاي حرارتي

7 ـ رله‌هاي ديستانس

فصل دوم                                                                 انواع رله                                                        صفحه:18

8 ـ رله‌هاي تفاضلي

1 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي جرياني:

اين رله‌ها در يك مقدار مشخص جريان (تنظيم جرياني) كه قبلاً معين شده است كار مي‌كنند رله‌هاي جرياني شامل رله‌هاي جريان زياد و جريان كم هستند.

2 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي ولتاژي:

اين رله‌ها در يك مقدار مشخص از ولتاژ (تنظيم ولتاژي) كه قبلاً معين شده است شروع به كار مي‌كنند. رله‌هاي ولتاژي نيز همانند رله‌هاي جرياني به رله‌هاي ولتاژ زياد و رله‌هاي ولتاژ كم تقسيم مي‌شوند.

3 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي توان:

اين رله‌ها براساس يك ميزاني از قدرت عمل مي‌كنند. رله‌هاي توان به دو دسته قدرت كم و قدرت زياد تقسيم مي‌شوند.

4 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي جهت‌دار:

ـ جريان متناوب: اين رله‌ها براساس ارتباط زاويه فاز بين كميت‌هاي آن عمل مي‌كنند.

ـ جريان مستقيم: رله‌هاي جهت‌دار براساس جهت جريان عمل كرده و معمولاً رله‌هاي با مغناطيس دايم و سيم‌پيچ متحرك هستند.

5 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي فركانسي:

رله‌هاي فركانسي براساس فركانس از قبل تعيين‌شده عمل مي‌نمايند. اين رله‌ها شامل فركانس كم و فركانس زياد هستند.

6 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي حرارتي:

رله‌هاي حرارتي بعنوان عناصر حفاظتي در يك درجه حرارت تعيين‌شده عمل مي‌نمايند.

7 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي ديستانس:

رله‌هاي ديستانس بر طبق فاصله بين ترانسفورماتورهاي حفاظتي و خطا عمل مي‌كنند. به عبارت ديگر فاصله به كمياتي چون مقاومت، راكتانس يا امپدانس، تبديل شده و اندازه‌گيري مي‌شود.

8 ـ 2 ـ 2) رله‌هاي تفاضلي:

عملكرد اين رله‌ها براساس تفاضل مقداري يا برداري دو كميت همچون جريان الكتريكي يا ولتاژ استوار است.

فصل دوم                                                                انواع رله                                                             صفحه:19

رله‌هاي حفاظتي از يك يا چند واحد تشخيص‌دهنده خطا به همراه واحدهاي كمكي ضروري تشكيل شده‌اند. واحدهاي اساسي براي سيستم‌هاي حفاظتي مي‌توانند به واحدهاي الكترومكانيكي، استاتيكي، نيمه‌هاديها و ميكروپروسسوري تقسيم شوند. رله‌هاي الكترومكانيكي به رله‌هاي جذب مغناطيسي، القاء مغناطيسي و يا دارسونوال و حرارتي تقسيم‌بندي مي‌شوند. رله‌هاي استاتيكي داراي اجزائي با قدرت كم هستند كه در قالب تقويت‌كننده‌هاي عملياتي طراحي شده‌اند. حفاظت‌هاي ميكروپروسسوري به مانند سيستم‌هاي با برنامه كار مي‌كنند و مي‌توان روي آنها برنامه‌ريزي كرد و همچنين داراي قابليت انعطاف زيادي هستند.

از طرفي مي‌توان سيستم‌هاي حفاظتي را از نظر نوع تجهيزاتي كه حفاظت مي‌كنند، تقسيم‌بندي كرد كه اين دو نوع تقسيم‌بندي به سيستم‌هاي واحد و غيرواحد معروفند.

الف) سيستم واحد:

سيستم حفاظتي به نحوي طراحي شده است كه فقط براي شرايط غيرعادي در منطقه حفاظت‌شده شبكه قدرت عمل كند. و به سيستم حفاظتي واحد معروف است.

ب) سيستم غيرواحد:

سيستم حفاظتي طوري طراحي شده است كه تنها از يك قطعه واحد تجهيزات شبكه حفاظت نمي‌كند و يا نواحي قطع آن به‌طور مشخص تعريف شده است كه به سيستم حفاظت غيرواحد موسم است رله‌هاي جريان زياد و ديستانس از نوع رله‌هاي غيرواحد هستند.

 

 

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه:20

 

 

 

 

 

 

فصل سوم

حفاظت تفاضلي

مقدمه:

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 21

سيستمهايي كه فقط براي ناحيه حفاظتي تعريف شده عمل مي‌كنند و در خارج از آن ناحيه به هيچ‌وجه عمل نمي‌نمايند، سيستمهاي حفاظت واحد ناميده مي‌شوند. يكي از انواع مشهور اين سيستمها، حفاظت تفاضلي است.

حفاظت تفاضلي از نوع حفاظت انتخاب‌كننده مطلق مي‌باشد. اساس كار اين نوع حافظت بر مبناي اندازه‌گيري دامنه و زاويه جريانهاي دو طرف ناحيه حفاظت‌شده مي‌باشد. در اين نوع سيستمها اغلب از سيمهاي پيلوت به عنوان يك وسيله ارتباطي استفاده مي‌شود كه جهت حفاظت خطوط كوتاه به‌كار مي‌رود. امروزه از اين سيستم جهت خطوط بلند هم استفاده مي‌شود با اين تفاوت كه در اين حالت PLC يا ميكروويو، جهت واسطه ارتباطي به‌كار گرفته مي‌شوند. پس اين نوع حفاظت حتماً احتياج به يك سيستم ارتباطي دارد و بدون ارتباط، حفاظت وجود نخواهد داشت; به همين خاطر در طرحهاي عملي، در كنار اين سيستم از حفاظت انتخاب‌كننده نسبي نيز كمك گرفته مي‌شود.

معمولاً دو سري ترانسفورماتور جريان داريم كه دروازه‌هاي ورودي و خروجي (مرزهاي) به آن ناحيه حفاظتي هستند. جريان ورودي به ناحيه حفاظت شده بايد با جريان خروجي از ناحيه در شرايط ايده‌آل سالم برابر باشد. وقتي روي سيستم خطا وجود دارد ديگر اين دو جريان مساوي نيستند پس مي‌توانيم بگوئيم رله تفاضلي براساس اختلاف جريان بين ورودي و خروجي عمل مي‌كند. وقتي خطايي رخ نداده باشد، جريان ورودي و خروجي برابرند. جريان از رله نمي‌گذرد اما وقتي خطا در داخل ناحيه حفاظت‌شده رخ دهد اين اختلاف از رله مي‌گذرد و باعث عمل كردن رله مي‌شود. در اين نوع رله به كانال ارتباطي بين دو دروازه احتياج داريم. يك تفاوت اساسي بين اين سيستم و سيستم رله^ء واحد رله‌هاي ديستانس وجود دارد; در آنجا فقط يك سيگنال قطع فرستاده مي‌شود اما در اينجا خود سيگنال جريان يا ولتاژ در كانال ارتباطي سيستم (پيلوت) برقرار مي‌شود شكل (1) طرح كلي يك سيستم حفاظت تفاضلي را نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

 

شكل (1) سيستم حفاظت تفاضلي

 

فصل سوم                                                            حفاظت تفاظلي                                                   صفحه :22

1 ـ 3) انواع سيستمهاي حفاظت تفاضلي

دو نوع سيستم حفاظت تفاضلي وجود دارد:

1 ـ سيستم جريان گردش كه در مورد المانهاي با طول كوتاه در سيستم قدرت به‌كار برده مي‌شود; مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، و شينه‌ها كه فاصله بين دروازه ورودي و خروجي در آنها طولاني نيست.

2 ـ سيستم ولتاژ متقارن كه براي نواحي حفاظتي طولاني مثل خط توزيع به‌كار برده مي‌شود.

1 ـ 1 ـ 3) سيستمهاي حفاظت جريان گردشي

شماي كل حفاظت جريان گردش بصورت شكل زير مي‌باشد. جريان ₁I توسط ترانسفورماتور جريان اول (₁CT) و جريان ₂I توسط ترانسفورماتور جريان دوم (₂C.T) منتقل مي‌شوند. اگر ناحيه حفاظتي شينه باشد. نسبت تبديل C.Tها با هم برابر است. ولي اگر ناحيه حفاظتي، ترانسفورماتور باشد، نسبت تبديل C.Tها ممكن است يكسان نباشد. در هر دو حالت سيستم به‌گونه‌اي است كه به ازاي جريان بار يا خطا در خارج از ناحيه حفاظتي، جريانهاي ₁I و ₂I با هم برابرند.

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (2) ساختار كاربرد رله تفاضلي

اگر ₂I = ₁I باشد ولتاژ دو سر (vxy) صفر خواهد بود و بنابراين جريان از آن نمي‌گذرد (شرايط ايده‌آل)

رله براي شرايط بار و خطاي خارج از ناحيه حفاظتي‌اش بايد پايدار باشد لذا در رله تفاضلي نيز بدترين شرايطي را كه رله بايد در آنها پايدار باشد منظور نموده و پارامترها را به‌گونه‌اي محاسبه مي‌كنيم كه پايداري حاصل آيد. يعني فرض مي‌كنيم كه بدترين خطاي خارج از ناحيه حفاظتي رخ داده باشد. از آن جهت كه بطور طبيعي C.Tها كاملاً با هم مشابه نيستند، ممكن است براي بدترين خطاي خارج از ناحيه حفاظتي مسئله اشباع آنها پيش بيايد. اگر يكي از C.Tها به اشباع برود، جريان آن كاهش مي‌يابد. يعني در حالت سالم بودن هر دو C.T، جريانهاي ثانويه با هم برابر هستند ليكن در حالتي كه يكي از C.Tها به اشباع رفته است و C.T ديگري نسبت تبديل خود را حفظ نموده است. ₁I و ₂I با هم برابر نخواهند بود و چنانچه جريان عبوري از رله، از تنظيم آن بيشتر باشد، رله عمل مي‌كند در حاليكه رله نبايستي براي چنين حالتي عمل كند. لذا مشخصات رله بايد به‌گونه‌اي باشد كه رله عمل نكند و پايدار بماند.

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 23

براي پايدارسازي دو روش به‌كار برده مي‌‌شود:

الف) استفاده از رله‌هاي امپدانس بالا و مقاومت پايدارساز

ب) رله‌هاي باياس

2 ـ 1 ـ 3) حفاظت تفاضلي با موازنه ولتاژ

چنانچه از حفاظت جريان گردشي، براي حفاظت خطوط استفاده شود جريانها وارد سيمهاي پيلوت مي‌شوند. در اين حالت با توجه به طولاني بودن مسير سيم‌هاي ارتباطي (پيلوت)، عملاً امپدانس بزرگي (1000 تا 1500 اهم) ديده مي‌شود; اين امر باعث افت ولتاژ و مصرف زياد روي ترانسفورماتور جريان خواهد شد. به عنوان نمونه در شرايط معمول روي C.T با مشخصات KVA1 و 1 آمپر، KV1 افت ولتاژ خواهيم داشت كه چنين مقداري در يك شبكه ممكن نيست.

به عبارت ديگر، اگر چنين سيستمي به فيدرهايي (خطوطي) با طولهاي چندين كيلومتر متصل شود به نيروي الكتروموتوري (emf) زيادي نياز است تا بتواند جريان گردشي حدود 5 يا 1 آمپر در بار كامل يا چندين برابر جريان نامي در خطاهاي خارجي در حلقه پيلوت بوجود آورد. نتيجه اين امر ميزان مصرف خيلي زياد C.Tخواهد بود كه براي طرحهاي C.Tمعمولي غيرعملي مي‌باشد.

لذا به منظور حل اين مشكل، يكي از C.Tها را بصورت عكس مطابق شكل (3) مي‌بنديم; در اين حالت با بروز يك خطاي خارجي، دو نيروي الكتروموتوري (emf) در ثانويه C.Tها در جهت مخالف يكديگر بوده و جريان عبوري از دو رله صفر خواهد بود به عبارت ديگر از سيستم تعادل و نامتعادلي ولتاژ استفاده مي‌كنيم اين سيستم در شرايط بار و ايجاد خطاهاي خارجي، باعث اشباع C.Tها مي‌شود بدين ترتيب هر دو C.T وارد ناحيه كار غيرخطي خود مي‌شوند. بنابراين اين سيستم نمي‌تواند مورد استفاده باشد.

 

 

 

شكل (3) سيستم حفاظتي تعادل ولتاژ

 

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 24

روش ديگري كه در اينجا پيشنهاد مي‌شود استفادها از C.Tهاي خاص است. اگر بتوانيم از C.Tهايي استفاده كنيم كه به اشباع نروند و در گستره^ء خطي خود باقي بمانند و در عملكرد رله‌ها اشكال ايجاد نكنند مناسب خواهد بود. بنابراين ما احتياج به C.Tهاي خاصي داريم C.Tهايي كه در هسته^ء آنها فاصله^ء هوايي وجود دارد. براي اين منظور پيشنهاد مي‌شوند. اين فاصله هوايي باعث مي‌شود كه منحني مشخصه مغناطيس‌شدگي هسته خطي نباشد و مانع به اشباع رفتن ترانسفورماتور جريان گردد.

در ساخت اين C.Tها بايد دقت زيادي صورت پذيرد و از آنجا كه مشابه بودن دو C.T بسيار اهميت دارد بايد در ساخت فواصل هوايي يكنواخت دقت شود.

براي كاهش تعداد سيم‌هاي پيلوت و كاهش هزينه‌ها و افزايش قابليت اعتماد در سيستم و استفاده نكردن از C.Tهاي خاص مطابق شكل (5) از ترانسفورماتورهاي جمع‌كننده استفاده مي‌كنيم. با اين روش علاوه بر استفاده از C.Tهاي معمولي، سيم‌هاي ارتباطي را نيز به دو رشته تقليل داده‌ايم.

سيستم‌هاي حفاظتي جديد (مدرن) را اغلب در ترانسفورماتور مجموع استفاده مي‌كنند كه داراي امتيازات زير هستند:

الف) C.Tهاي خطي در مدارها، داراي طرح معمولي با مصرف كم هستند.

ب) خروجي ترانسفورماتور جمع‌كننده، به يك سيستم پيلوت دو سيمه وصل شده و اين خروجي براي تشخيص هر نوع خطا در طرف اوليه خطوط مناسب است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (4): مدار كاربرد ترانسفورماتور جريان از نوع ترانسفورماتور با فواصل هوايي يكنواخت

 

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 25

 

 

 

 

 

 

شكل (5) ترانسفورماتور مجموع در حفاظت با موازنه ولتاژ

ساختمان يك ترانسفورماتور مجموع خيلي شبيه يك C.T است، به جز اينكه اوليه آن داراي پله‌هايي بوده و مي‌تواند در ثانويه با يك ثانويه باز عمل كند.

ترانسفورماتور مجموع به‌گونه‌اي طراحي شده است كه حتي با ثانويه باز، مصرف بسيار كمي روي C.T تحميل مي‌شود بنابراين مي‌توان آن را همانند C.T معمولي طراحي كرد.

3 ـ 1 ـ 3) سيستم‌هاي حفاظتي موازنه ولتاژ با توجه به اثر سيم پيلوت

طرح حفاظتي سيم پيلوت تعادل ولتاژ در شكل (6) نشان داده شده است. زماني اين سيستم عمل مي‌كند كه آمپر دور موثر سيم‌بندي عمل‌كننده بزرگتر از آمپر دور موثر سيم‌بندي بازدارنده باشد. خروجي مدارهاي عمل‌كننده و بازدارنده وارد يك مقايسه‌كننده دامنه دو ورودي مي‌شوند و اگر اديستانس مدار پيلوت از مقدار K. Yr تجاوز كرد رله فرمان قطع صادر مي‌كند.

 

 

 

 

شكل (6) اساس تعادل ولتاژ با نمايش پارامترهاي سيمهاي پيلوت

Yr: اديستانس مدار بازدارنده

2 ـ 3) عوامل موثر در طراحي

1 ـ 2 ـ 3) نوع عنصر رله

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه :26

عناصر القايي با يك ديسك چرخان بطور وسيع براي طرحهاي حفاظتي با سرعت عملكرد متوسط بكار مي‌روند. طرح گرايشي عموماً در اين عناصر با اضافه كردن يك حلقه مقاومت پايين به يكي از بازوهاي هسته الكترومغناطيسي ايجاد مي‌گردد.

در سيستمهاي سرعت بالا عنصر رله عموماً به‌طور نمونه از نوع دوراني يا كويل حركت محوري مي‌باشد كه در آنها يك كويل، كه شامل دو قسمت كه به ترتيب براي عملكرد و گرايش بين دو قطب يك مغناطيس دائم عمل مي‌كند اين رله از نوع d.c بوده و كويلها به وسيله يكسوساز تغذيه مي‌شوند.

2 ـ 2 ـ 3) تجهيزات ورودي جريان:

از نقطه نظر اقتصادي مناسب است كه هر سيستم تفاضلي حفاظت خط در صورت امكان فقط نياز به دو هادي پيلوت داشته باشد. اين موضوع فقط وقتي قابل حصول است كه تجهيزات ورودي جريان براي عناصر رله داراي وسيله‌اي براي كاهش مقادير ورودي متعدد از يك سيستم سه فاز اوليه به يك سيگنال واحد براي مقايسه در مدار پيلوت باشند.

ساده‌ترين روش توليد يك خروجي تك فاز استفاده از يك سيم و پيچ جمع‌كننده اوليه در يك ترانسفورماتور جريان كمكي واسط مي‌باشد.

براي سيستم‌هاي ولتاژ تعادلي ترانسفورماتور جمع‌كننده كمكي مي‌تواند داراي طرح قائم باشد كه داراي يك فاصله هوايي در هسته مي‌باشد. بطوريكه يك ارتباط خطي به‌طور نامي بين جريان ورودي و ولتاژ خروجي به‌وجود مي‌آيد.

3 ـ 2 ـ 3) مشخصه‌هاي پيلوت

در بسياري از سيستمهاي توزيع صنعتي طول سيم پيلوت خيلي كوتاه مي‌باشد و اثرات مقاومت و خازن پيلوت و ولتاژهاي القاء شده در آن مي‌توانند بطور كامل صرفنظر شوند. با وجود اين، از آنجايي كه بسياري از طرح‌هاي حفاظتي داراي تجهيزاتي براي جبران‌سازي اثرات پيلوتهاي بلند مي‌باشند، بايد اين اثرات در نظر گرفته مي‌شوند.

تغيير وسيع مشخصه‌هاي سيم پيلوت يك مسئله بزرگ در طراحي حفاظت تفاضلي عملي مي‌باشند بخصوص وقتي كه وجود خازن‌هاي موازي باعث اختلاف فازي و دامنه‌اي در جريان پيلوت مي‌گردد. دو گروه اصلي هادي پيلوت وجود دارند، كه مي‌توانند به وسيله مقاومت در واحد طول و نسبت مقاومت به ظرفيت خازن متمايز گردند.

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 27

1 ـ پيلوت‌هاي با نسبت مقاومت به ظرفيت خازني كوچك

بطور كلي كابل مسي با سطح مقطع 5/2 ميلي‌متر مربع براي پيلوتهاي اين گروه به‌كار گرفته مي‌شوند. ظرفيت خازني بين هسته‌اي در واحد طول اين نوع پيلوتها نسبتاً زياد بوده و اين امر عموماً ملاحظه‌اي اساسي در تعيين حداكثر طول فيدر مي‌باشد كه مي‌تواند با آرايشهاي طراحي شده براي چنين پيلوتهايي حفاظت شود. عملاً همه طرح‌هاي حفاظتي سيستم‌هاي توزيع در اين مقوله قرار مي‌گيرند.

2 ـ پيلوتهايي با نسبت مقاومت به ظرفيت خازني بالا

اينها بطور كلي طرح‌هاي كابل نوع تلفني هستند كه اين نوع از پيلوت را به‌كار مي‌برند و محدود به خطوط انتقال ولتاژ بالا مي‌شوند.

در بسياري از سيستمهاي حفاظتي، مقاومت و ظرفيت خازني پيلوت براي كاهش خطاها جبران‌سازي مي‌گردند.

4 ـ 2 ـ 3 نيازهاي عايقي

هنگاميكه يك خطاي اتصال زمين بر روي يك خط انتقال رخ مي‌دهد، جريان از فاز خطادار عبور مي‌كند و يك ميدان مغناطيسي متناوب در حول آن به‌وجود مي‌آورد. اگر شار مغناطيسي هر هادي، بعنوان مثال سيم پيلوت را قطع نمايد ولتاژي در آن القاء مي‌گردد. اين اثر در بدترين حالت در خطوط هوايي اتفاق مي‌افتد، زيرا جريان بازگشتي كه مي‌تواند يك ميدان مغناطيسي مخالف توليد نمايد در فاصله‌اي دورتر از زمين عبور مي‌كند. در يك سيستم كابلي قسمتي از جريان بازگشتي مي‌تواند در غلاف فلزي كابل جريان يابد و بنابراين ولتاژ القايي كوچك خواهد بود. البته اختلافي در پتانسيل زمين دو محل وجود دارد كه مي‌تواند عايق‌بندي تجهيزات متصل‌شده به پيلوت را تحت فشار قرار دهد.

در يك جفت سيم پيلوت ولتاژ مشابهي در هر سيم القا مي‌گردد و بنابراين ولتاژ بين دو سيم پيلوت عملاً صفر است، كه اين ولتاژ القايي بين دو انتهاي پيلوت مي‌باشد. براي جلوگيري از ايجاد جريان گردشي توسط ولتاژ القايي، مدار پيلوت از زمين ايزوله مي‌شود و همه تجهيزات متصل به پيلوت بايد نسبت به زمين در سطحي عايق شوند كه مانع از آسيب رسيدن توسط ولتاژهاي القايي گردند.

5 ـ 2 ـ 3) حساسيت:

فصل سوم                                                            حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 28

اتصالات متداول به يك ترانسفورماتور جمع‌كننده، پايين‌ترين تنظيم‌ها را براي خطاهاي زمين مي‌دهند، كه به‌طور نمونه در محدوده 10 تا 40 درصد جريان نامي مي‌باشند. تنظيمهاي خطاي فازي بالاتر هستند و رابطه آنها وابسته به نسبت دورهاي سيم‌پيچ اوليه ترانسفورماتور جمع‌كننده مي‌باشد.

در صورتي كه جريان بار عبوري در سطحي جاري شود كه وابسته به نسبت ترانسفورماتور جريان جمع‌كننده و مشخصه گرايشي باشد استفاده از گرايش در سيستمهاي حفاظتي منجر به تنظيم‌هاي بالاتري مي‌شود، تنظيم‌ها به مقداري متناسب با گرايش افزايش مي‌يابند، اما تنظيمي مي‌تواند استفاده شود كه ممكن است به صورت خطرناكي براي يك طرح بدون گرايش پايين باشد.

6 ـ 2 ـ 3) نيازهاي پايداري

الف) شرايط خطاي عبوري:

مسئله‌اي كه تحت شرايط سه فاز وجود دارد جريان سرريز مي‌باشد كه در اتصال صفر ترانسفورماتور جريان جاري مي‌شود و بنابراين از قسمت عمده سيم‌پيچ اوليه ترانسفورماتور جريان جمع‌كننده عبور مي‌كند. با بكارگيري يك مقاومت پايداركننده به‌طور سري در اتصال صفر، جريان سرريز مي‌تواند كاهش يابد و بنابراين پايداري سه فاز بهبود حاصل نمايد.

ب)شرايط جريان هجومي مغناطيس‌كننده:

خطوط و بخصوص تركيب خط و ترانسفورماتور، ممكن است در معرض جريان هجومي مغناطيس‌كننده، وقتي كه ترانسفورماتورهاي قدرت برق‌دار مي‌شوند، قرار گيرند. جريان مغناطيس‌كنندگي از هر پايانه خط عبور مي‌كند، اما ممكن است باعث افزايش جريان‌هاي نابرابر در ترانسفورماتورهاي جريان اصلي حفاظت خط گردد. به اين دليل يك طرح گرايشي‌ هارمونيكي به بعضي سيستم‌هاي حفاظتي اضافه مي‌گردد.

ج) جريان شارژكننده خط:

جريان شارژكننده كه توسط يك خط كشيده مي‌شود فقط مي‌تواند از يك انتهاي خط عبور كند و بنابراين قادر است كه يك سيستم حفاظتي را نامتعادل كرده و منجر به تريپ مدار شود در خطوط انتقال هوايي، جريان شارژكننده بسيار كمتر از سطح عملكرد حفاظتي مي‌باشد و بنابراين مي‌توان از آن صرفنظر كرد. وليكن كابلها داراي سطوح بالاتري از جريان شارژكننده هستند و اين امر مي‌تواند حداقل سطوح مجاز عملكرد را براي تضمين پايداري حفاظتي تعيين كند. معمولاً در رله‌ها وسيله‌اي براي افزايش حداقل تنظيم در مواقع ضروري كار گذاشته مي‌شود.

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه:29

3 ـ 3) تجهيزات كمكي

1 ـ 3 ـ 3) رله‌هاي چك‌كننده يا راه‌اندازي

وقتي كه تنظيم سه فاز يك سيستم حفاظت تفاضلي كمتر از جريان بار باشد خرابي مدار پيلوت مي‌‌تواند باعث عملكرد ناخواسته حفاظت شود. بنابراين وقتي كه نمي‌توان از سالم بودن مدار پيلوت مطمئن بود روش معمول اين است كه از رله‌‌هاي راه‌اندازي يا چك‌كننده همراه با حفاظت اصلي استفاده شود، به‌طوري كه تنظيم موثر سه فاز از حداكثر سطح بار تجاوز نمايد. رله‌هاي چك‌كننده يا راه‌اندازي معمولاً از نوع آرميچر جذبي مي‌باشند كه كويلهاي آنها به سرهاي قرمز، آبي و صفر اتصالات ثانويه ترانسفورماتورهاي جريان اصلي متصل مي‌باشند.

رله‌هاي راه‌اندازي، رله‌هايي هستند كه به صورتي ترتيب داده شده‌اند كه در حالت خاموش مانع عملكرد حفاظت اصلي، به عنوان نمونه با اتصال كوتاه كردن مدار عملكرد آن به وسيله كنتاكت‌هاي حالت عادي بسته مي‌شوند. رله‌هاي چك‌كننده كنتاكتهايشان بصورت سري ب كنتاكت‌هاي تريپ حفاظت اصلي مي‌باشند.

2 ـ 3 ـ 3) تجهيزات نظارت پيلوت

در نظارت سيم پيلوت، يك جريان d.c سطح پايين در انتهاي A تزريق شده و در انتهاي B آشكار مي‌گردد. در انتهاي A يك واحد يكسوساز ترانسفورماتوري به وسيله منبع تغذيه 240 ولت، 50 هرتز تغذيه مي‌گردد خروجي با وسيله واحد فيلتر صاف شده و رله، قطع تغذيه نظارتي را آشكار مي‌نمايد.

يك رله هشداردهنده مشابه، كه بطور مناسبي قطبي شده است، در مدار پيلوت در انتهاي ديگر خط وصل مي‌گردد، بطوريكه وضعيتهاي اتصال باز، اتصال كوتاه يا تقاطع پيلوتي را مي‌تواند آشكار نمايد. عناصر ساده تأخير زماني در هر انتهاي خط به‌كار گرفته مي‌شوند تا مانع از اعلام هشدار در هنگام شرايط خطا شوند. يك عيب اين سيستم اين است كه رله هشداردهنده در يك نقطه دور قرار دارد. طرح‌هاي نظارتي وجود دارند كه مدار پيلوت بوسيله^ء روش پل وتستون نظارت مي‌گردد، كه در آن حلقه^ء پيلوت بعنوان يك بازوي پل مي‌باشد. اگر مقاومت حلقه پيلوت بيش از يك محدوده^ء از قبل تعيين‌شده كه قابل تنظيم بين 5%± و 20%± مي‌باشد تغيير كند، در آن صورت يك آشكارساز عمل مي‌نمايد.

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه:30

در بسياري از سيستمهاي صنعتي هيچ‌گونه كمبودي از نظر سيمهاي پيلوت وجود ندارد و كافي است كه سالم بودن كابلهاي چند سيمه پايش شود. اين موضوع مي‌تواند با پايش هسته‌هاي ذخيره كابل حاصل شود.

4 ـ 3) روشهاي انتقال اطلاعات در حفاظت تفاضلي

حفاظت در سيستم‌هاي قدرت بايد به‌گونه‌اي باشد كه نواحي حفاظتي به صورت روي هم بوده و حفاظت به صورت واحد نباشد، تا تمام سيستم قدرت تحت حفاظت قرار گيرد و هيچ بخشي از آن بدون حفاظت نماند. اگر خطايي در سيستم قدرت رخ داد بايد فقط رله‌هايي كه آن ناحيه را مي‌پوشانند عمل كنند تا هيچ قسمتي از سيستم قدرت بدون جهت قطع نگردد اگر خطايي در يك ناحيه اتفاق بيفتد و فقط رله‌هاي مربوط به آن ناحيه عمل كنند، به اين نوع حفاظت، حفاظت مطلق انتخاب‌شده گويند. يعني هر رله در ناحيه حفاظتي خودش عمل مي‌كند. سيستم حفاظتي انتخاب‌شده همان حفاظت واحد است، كه يك نمونه از طرحهاي حفاظت تفاضلي واحد با استفاده از سيم‌هاي پيلوت مي‌باشد.

طرحهاي حفاظت تفاضلي با استفاده از سيم‌هاي پيلوت داراي محدوديتهايي در طول مي‌باشند كه حداكثر آن در حدود 25 كيلومتر است. اين سيم‌هاي پيلوت يا بصورت كابلهاي مخصوص هستند كه در زيرزمين دفن شده‌اند و يا بصورت خطوط تلفن شركت مخابرات استفاده مي‌شوند. حفاظت تفاضلي براي خطوط انتقال انرژي همانند حفاظت تفاضلي استفاده شده براي ژنراتور و ترانسفورماتور است. يعني با قرار دادن وسايل اندازه‌گيري در ابتدا و انتهاي خط انتقال، از ولتاژ يا جريان، نمونه‌برداري مي‌شود. سپس اين مقادير مقايسه مي‌شوند. اين مقايسه در بعضي موارد مقايسه دامنه و در برخي حالات اختلاف فاز است. درنتيجه براي يك خط انتقال سه فاز بايستي براي هر فاز يك سيم پيلوت قرار داد. ولي براي جلوگيري از اين كار و جهت تامين اهداف اقتصادي، توسط ابزاري در ابتدا و انتهاي خط انتقال نمونه‌هايي را كه ولتاژ جريان سه‌فازه مي‌شود. به سيستم تك فاز تبديل مي‌كنند و طرح مقايسه دامنه و يا فاز، روي اين مقادير تك فاز، انجام مي‌شود. معمولا مقايسه دامنه براي طولهاي كم (خط‌هاي كوتاه) و مقايسه اختلاف فاز براي طولهاي زياد (خط‌هاي طولاني) انجام مي‌گيرد.

روش‌هاي ديگري كه براي حفاظت تفاضلي خط انتقال به كار برده مي‌شوند بدين صورت است كه براي انتقال اطلاعات بين ابتدا و انتهاي خط از هاديهاي خطوط انتقال استفاده مي‌شود. يعني خطوط انتقال در اين حالت علاوه بر انتقال نيرو، انتقال اطلاعات بين ابتدا و انتهاي خط را نيز به عهده دارند كه به اين سيستم PLC مي‌گويند. در اين حالت اطلاعات گرفته شده از ابتدا و انتهاي خط ، به سيگنال با فركانس بالا تبديل شده كه اين سيگنالها مي‌توانند روي سيم‌هاي انتقال به فواصل دور انتقال داده شوند.

فصل سوم                                                                 حفاظت تفاظلي                                                   صفحه: 31

اگرچه وسايل و تجهيزات به كار رفته در اين روشها با يكديگر متفاوتند ولي هركدام از طرحها مقدار زيادي با يكديگر وجه اشتراك دارند. اشتراك اصلي آنها در سيستم‌هاي مقايسه‌كننده آنهاست، يعني در هر دو سيستم، نمونه گرفته شده از دو انتها با يكديگر مقايسه مي‌شوند.

روش ديگر استفاده از لينكهاي راديويي مي‌باشد. در اين روش از كانال امواج راديويي با فركانس بالا برا ي انتقال اطلاعات بين ابتدا و انتهاي خط استفاده مي‌شود كه يك روش بسيار جالب در حفاظت خطوط انتقال است.

اساس و مبناي روشهاي گفته شده براي حفاظت تفاضلي فيدر در شكل (7) نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

شكل (7) اساس سيستم حفاظت تفاضلي با استفاده از سيستم PLC

 

C.T : ترانس جريان

F.C : آشكارساز خطا

S.D : عضو جمع كننده

T/R : دريافت‌كننده

 

فصل سوم                                                            حفاظت تفاظلي                                                   صفحه:32

5-3) منحني مشخصه ايده‌آل طرحهاي حفاظت تفاضلي توسط سيم پايلوت

در شكلهاي (8) و (9) دو نمونه از منحني مشخصه‌هاي طرح‌هاي حفاظت تفاضلي نشان داده شده است كه برحسب نسبت موثر خروجيها، از وسايل و ابزار جمع‌كننده در دو انتهاي خط حفاظت‌شده در دو سوي محور قائم، جدا شده‌اند. همانطوريكه از روي شكل پيداست منحني مشخصه دايره‌اي شكل از مقايسه فاز و دامنه به دست مي‌آيد. در صورتيكه اگر فقط دامنه‌ها مقايسه شوند يك خط راست به دست خواهد آمد.

سيستم حفاظت با سيم پيلوت مي‌تواند داراي هر دو منحني باشد. ولي سيستم‌هاي جريان انتقال فقط مي‌تواند يك مقايسه فاز كوچك را نشان دهند. ناحيه مكان به طور ايده‌آل براي طرح حفاظت تفاضلي بايد نقطه 1<0 از صفحه مختلط IA/IB<f در برداشته باشد.

 

 

 

 

 

شكل (8) : مقايسه فاز

 

شكل (8) : مقايسه فاز

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (9) : مقايسه فاز و دامنه

 

فصل چهارم                                                    رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 33

                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل چهارم

رله‌هاي پيلوتي سيمي

مقدمه :

فصل   چهارم                                              رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 34

اصطلاح “پيلوتي” به اين معني است كه در انتهاي خط انتقال نيرو را نوعي كانال به هم مي‌پيوندد كه به كار مبادله اطلاعات مي‌آيد. امروزه سه نوع از اين كانالها وجود دارد كه آنها را “پيلوت سيمي” “پيلوت جريان كارير” و “پيلوت ميكروموج” مي‌گويند.

پيلوت سيمي معمولا از مدار دو سيمه‌اي از نوع خطوط تلفني بصورت لخت يا كابل تشكيل مي‌شود و غالبا اينگونه مدارها را از شركت تلفن محل، اجاره مي‌كنند. پيلوت جريان كارير ويژه رله‌گذاري حفاظتي ٍ آن است كه جريانهاي فشار ضعيف پربسامد (بين 30 تا 20 كيلوسيكل) در طول يكي از سيمهاي خط انتقال نيرو به گيرنده‌اي واقع در سر ديگر منتقل مي‌شود و زمين و سيم زمين معمولا به جاي سيم برگشت عمل مي‌كنند.

پيلوت ميكروموج، سيستم راديويي پربسامدي است كه در فركانسهاي بالاي 900 مگاسيكل كار مي‌كند. پيلوت سيمي، بيشتر براي فواصل 8 تا 16 كيلومتر اقتصادي است و بعد از آن غالبا پيلوت جريان كارير باصرفه‌تر خواهد بود.

پيلوتهاي ميكروموج هنگامي به كار مي‌روند كه تعداد خطوطي كه نياز به كانال پيلوت دارند از ظرفيت فني و اقتصادي جريان كارير بيشتر شود.

• مزيت پيلوت

شكل (1) نمودار تك خطي يك قطعه خط انتقال نيرو بين ايستگاه‌هاي BوA است كه قسمتي از قطعه مجاور بعد از ايستگاه B را نيز نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

شكل (1) : قطعه خط انتقال نيرو برا ي نشان دادن مزيت پيلوت

فرض كنيم در ايستگاه A هستيم و در آنجا وسايل اندازه‌گيري بسيار دقيقي براي خواندن ولتاژ جريان و اختلاف فاز بين ولتاژ و جريان قطعه خط AB در اختيار داريم. با دانستن مشخصه‌هاي امپدانس واحد طول خط و فاصله بين BوA مي‌توان مانند رله فاصله، اختلاف بين اتصال كوتاه را در دو نقطه C واقع در وسطهاي خط و D واقع در آخرهاي آن تشخيص داد. اما احتمالا نمي‌توان بين اتصال كوتاه در نقطه D و عيبي كه در نقطه E، بعد از كليد قطع خط مجاور پيدا شود تغيير داد، زيرا امپدانس بين EوD آنچنان كوچك خواهد بود كه اختلاف ايجاد شده در اندازه‌گيري كميتها قابل چشم‌پوشي است. حتي اگر اختلاف مختصري را هم نشان دهند، نمي‌توان مطمئن بود كه چه مقدار از اين اختلاف در اثر خطا (هرچندكم) در وسايل اندازه‌گيري يا مبدلهاي ولتاژ و جرياني است كه وسايل اندازه‌گيري را تغذيه مي‌كنند و يقينا اگر امواج انحرافي جريان هم در كار آيند، دشواري مسئله بيشتر خواهد شد. در چنين وضعي قبول اين مسئوليت كه كليد براي اتصالي در نقطه D قطع كند اما براي E قطع نكند آسان نخواهد بود.

فصل   چهارم                                       رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 35

اما اگر در ايستگاه B مستقر باشيم، علي‌رغم خطا در وسايل اندازه‌گيري يا منابع تغذيه و اينكه موجهاي انحرافي در كار باشد يا نباشد مي‌توان قطعا تعيين كرد كه آيا عيب در نقطه D بوده يا در E. زيرا عملا در اين مورد سوي جريانها كاملا معكوس است و به عبارت ديگر تقريبا º 180 اختلاف فاز وجود دارد.

بنابراين آنچه در ايستگاه A لازم داريم نوعي نشانه است كه چه وقت زاويه فاز جريان در ايستگاه B (نسبت به جريان در A) تقريبا º180 درجه با زاويه فاز جريان اتصال كوتاه در قطعه خط مورد حفاظت، اختلاف پيدا كرد علامتي به ايستگاه اول فرستاده شود.

2-4) پيلوتهاي قطع‌كننده و سدكننده

حال كه معلوم شد فايده پيلوت، انتقال پاره‌اي علامات از يك سر قطعه خط به سر ديگر است تا عمل قطع را بطور گزينه‌اي مقدور سازد گام بعدي اين خواهد بود كه اطلاعاتي كه از اين راه بدست مي‌آيند به‌كار بسته شود. اگر وسايل رله‌گذاري يك سر خط بايد نمونه جريان يا علامتي را از سر ديگر دريافت كنند تا جلوي قطع را در آن سر بگيرند پيلوت را “سدكننده” مي‌‌گويند. اما اگر يك سر نتواند بدون دريافت علامت يا نمونه جريان از سر ديگر قطع شود پيلوت را “قطع‌كننده” مي‌نامند. بطور كلي اگر يك دستگاه رله‌گذاري پيلوتي در يك سر خط بتواند در حالي‌كه كليد سر ديگر خط، بسته است اما جرياني در آن سر وجود ندارد بر روي اتصالي در خط قطع كند آن را پيلوت سدكننده و در غير اينصورت، قطع‌كننده مي‌خوانند. احتمالاً از مطالب بالا آشكار مي‌شود كه پيلوت سدكننده اگر نوع مطلوب هم نباشد بر پيلوت قطع‌كننده ترجيح دارد.

فصل چهارم                                                     رله هاي پيلوتي سيمي                                                صفحه: 36

3 ـ 4) رله‌‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان مستقيم

از وسايل رله‌گذاري پيلوتي سيمي مختلفي كه تاكنون ابداع شده‌اند، هنوز بسياري مشغول به‌كارند و در آنها علامتهاي جريان مستقيم با صورتهاي گوناگوني بر روي سيم پيلوت منتقل مي‌شوند.

براي پاره‌اي از كاربردها بعضي از اين ترتيبات از امتيازهايي برخوردارند. خاصه اگر فواصل كوتاه باشد و يا در بين راه در يك يا چند نقطه از خط، انشعابهايي گرفته شود. ولي مي‌توان گفت كه امروزه رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان مستقيم جز براي پاره‌اي كاربردهاي خاص، متروك شده است. در هر صورت، مطالعه بر روي اين نوع مي‌تواند برخي نيازهاي اساسي را كه در مورد وسايل رله‌گذاري پيلوتي امروزي هم صدق مي‌كند روشن سازد.

مثالي از رله‌گذاري پيلوتي با جريان مستقيم در شكل (2) نشان داده شده است. تجهيزات رله‌گذاري سه ايستگاه در يك مدار متوالي شامل سيمهاي پيلوت و يك باتري واقع در ايستگاه A نشان داده شده‌اند. معمولاً باتري، سبب گذر جريان از كنتاكتهاي نوع ”b“ در رله اضافه جريان و پيچك رله ناظر در هر ايستگاه مي‌شود اگر اتصال كوتاهي در قطعه خط انتقال نيرو روي دهد، رله اضافي جريان، كنتاكت ”b“ خود را در هر ايستگاهي كه جريان اتصال كوتاه بگذرد باز خواهد كرد. اگر گذر جريان اتصال كوتاه در ايستگاه مفروضي رو به سوي خط باشد، رله سودار آن ايستگاه، كنتاكهاي ”a“ خود را خواهد بست و بدين ترتيب مدار در اين ايستگاه طوري تغيير وضع مي‌دهد كه به جاي رله ناظر، رله قطع‌كننده كمكي را دربر گيرد. اگر اين حالت در ديگر ايستگاهها هم روي دهد، جريان از همه رله‌هاي كمكي قطع‌كننده در همه ايستگاهها خواهد گذشت و تمام كليدهاي سرخط قطع خواهد شد. ولي اگر اتصالي در خارج از قطعه خط اتفاق بيفتد، رله اضافه جريان واقع در ايستگاهي كه به محل عيب نزديكتر است برداشت خواهد كرد اما كنتاكتهاي رله سودار از بابت سوي جريان، بسته نمي‌شود و مدار در آن نقطه بازخواهد ماند و در نتيجه، جلوي وقوع قطع را در ايستگاههاي ديگر خواهد گرفت. اگر يك اتصالي داخلي روي دهد كه در اثر آن گذر جريان اتصال كوتاه در يكي از ايستگاهها پيدا نشود، رله اضافه جريان در آن ايستگاه برداشت نخواهد كرد، اما جريان سيم پيلوت از رله كمكي ناظر مي‌گذرد .

 

 

 

فصل     چهارم                                          رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 37

شكل (2): نمايش وسايل رله‌گذاري پيلوتي سيمي يا جريان مستقيم

 

D: رله سودار از نوع ادميتانس با مهار ولتاژ         :O رله اضافي جريان

T: رله كمكي قطع‌كننده                                 S:رله كمكي ناظر

P_w: سيم پيلوت

و باز هم قطع در دو ايستگاه ديگر صورت مي‌گيرد. (رله ناظر نه تنها مسير عبور جريان را به شرح بالا براي عمل قطع فراهم مي‌كنند بلكه مي‌توانند در هنگامي هم كه مدار سيمهاي پيلوت، باز يا اتصال كوتاه مي‌شود آژيري را به‌كار اندازند). پس اين آرايش، مشخصات پيلوت سدكننده را دارد كه در آن علامت سدكننده همان قطع جريان در مدار پيلوت است. ولي اگر رله اضافه جريان و رله^ء ناظر را از مدار حذف كنيم به پيلوت قطع‌كننده مبدل مي‌شود زيرا در هيچ ايستگاهي نمي‌تواند عمل قطع صورت گيرد مگر آنكه همه^ء رله‌هاي سودار، كنتاكتهاي خود را ببندند و اگر جريان اتصال كوتاه از يك سر به سوي داخل نرود قطع غيرممكن خواهد بود.

 

 

 

4 ـ 4) رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب:

در رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب، مقدار جرياني كه از مدار پيلوت مي‌گذرد محدود است و فقط به يك پيلوت دو سيمه نياز خواهد بود. اين دو خصيصه، رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب را از نظر اقتصادي در فواصل بيشتر، موجه‌‌تر از رله‌گذاري تفاضلي جريان مي‌سازد در اينجا بايد دو اصطلاح تازه براي تشريح اصول كار آشنا مي‌شويم: “جريان گردشي” و “ولتاژ متقابل”. جريان گردشي بدين معني است كه جريان معمولاً در مبدلهاي جريان سر خط و پيلوت به گردش درمي‌آيد و “ولتاژ متقابل” يعني جريان بطور معمول در پيلوت به گردش درنمي‌آيد.

در شكل (3) در هر سر پيلوت يك رله توازن جريان به‌كار رفته است تا مجبور نشويم يك مدار قطع‌كننده در تمام طول پيلوت بكشيم.

فصل چهارم                                                     رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 38

 

 

شكل (3) نمايش اصلي جريان گردشي در رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب

در شكل (4) رله‌اي از نوع توازن جريان در هر سر، به‌كار رفته و مبدلهاي جريان طوري هم‌بندي شده‌اند كه وقتي جريان از طول خط به طرف بار مصرفي يا اتصالي خارجي بگذرد ولتاژهاي پيچكهاي مهار در دو سر پيلوت با يكديگر مقابله مي‌كنند. در نتيجه با فرض آنكه بين خروجيهاي مبدلهاي جريان، عدم توازني نباشد هيچ جرياني جز جريان شارژ‌كننده از پيلوت نخواهد گذشت. پيچكهاي مهار از عملكرد رله در اثر اين‌گونه جريانهاي نامتوازن جلوگيري مي‌كنند. اما اگر اتصال كوتاهي در درون قطعه خط روي دهد. جريان در پيلوت به گردش درآمده رله‌هاي هر دو سر را به‌كار مي‌اندازد. جريان از پيچكهاي مهار نيز مي‌گذرد اما اگر رله، درست به‌كار گرفته شود اين جريان براي جلوگيري از عملكرد رله كافي نخواهد بود امپدانس مدار پيلوت از اين بابت عامل حاكم به حساب مي‌آيد.

 

 

 

 

شكل (4) نمايش اصل ولتاژ متقابل در رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب

خصيصه‌هايي كه رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب را در فواصلي كه اين نوع رله‌گذاري به‌كار مي‌رود از نظر اقتصادي موجه مي‌سازد اين است كه تنها به دو رشته سيم نياز دارد. براي آنكه بتوان دو رشته سيم به‌كار برد نياز به وسايلي است كه با كمك آنها بتوان نمونه‌هاي تك فازي را به نمايندگي از جريان‌هاي سه فاز و زمين در دو سر خط انتقال بدست آورد به‌طوري كه اين نمونه‌ها بتوانند در روي پيلوت با هم مقايسه شوند. بدست آوردن نمونه به صورتي كه براي اتصالي‌هاي خارجي يعني براي آنهايي كه جريان اتصالي از يك سر خط وارد و از سر ديگر بدون دگرگوني عمده خارج مي‌شود عمل قطع، رخ ندهد كار نسبتاً ساده‌اي است. مشكل واقعي آنجاست كه اين نمونه‌ها را طوري استخراج كنيم كه وقتي اتصالي داخلي پيش مي‌آيد يعني هنگامي كه جريان‌هاي وارد به دو سر خط احتمالاً اختلاف زيادي با هم دارند انجام عمل قطع، مطمئن باشد. آنچه بايد از آن پرهيز كرد به اصطلاح “نقطه كور” است.

فصل چهارم                                     رله هاي پيلوتي سيمي                                              صفحه: 39

1 ـ 4 ـ 4) نوع جريان گردشي

شكل (5) طرح عملي دستگاهي را براساس جريان گردشي نشان مي‌دهد. رله^ء واقع در هر سر پيلوت، از نوع سودار جريان مستقيم قطبي شده با آهنرباي دائمي است. پيچكي كه با علامت

“o” مشخص شده است پيچك عمل‌كننده و آنكه با “R” مشخص شده، پيچك مهار است. دو پيچك بر جوشن رله قطبي شده اثري مخالف يكديگر دارند.

 

 

 

 

 

 

شكل (5) يك دستگاه رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب از نوع جريان گردشي

اين پيچكها از يكسوكننده‌هاي تمام موج تغذيه مي‌شوند. در اينجا براي بدست آوردن حساسيت زياد، رله سودار جريان مستقيم را با كميتهاي متناوب يكسو شده به‌كار مي‌برند. گرچه اين رله اصولاً از نوع سودار است ولي در عمل مي‌توان آن را رله^ء توازن جريان بسيار حساسي دانست. صافيهاي توالي فاز، جريان‌هاي فازها و زمين را به يك كميت تك‌فازه تبديل مي‌كنند. مبدلهاي اشباع‌كننده، ميزان ولتاژ موثر وارد بر مدار پيلوت را محدود مي‌كنند و چراغهاي نئون مقادير اوج ولتاژها را محدود مي‌كنند. ترانسفورماتورهاي عايق‌كننده در دو سر پيلوت، لوازم دو سر خط را به دليلي كه بعداً خواهيم ديد از مدار پيلوت عايق مي‌كنند.

اين دستگاه مي‌تواند كليدهاي دو سر خط را در زمان بروز اتصالي داخلي، هنگامي كه جريان فقط از يك سر مي‌گذرد قطع كند. اينكه هر دو طرف عملاً قطع شود بستگي به مقدار جريان اتصال كوتاه و امپدانس مدار پيلوت دارد. اين موضوع از بررسي شكل (5) آشكار مي‌شود كه در آن در سري كه جريان اتصال كوتاه نمي‌گذرد پيچك عمل‌كننده و پيلوت متواليند و اين مدار سري با پيچك عمل‌كننده در سر ديگر موازي است. به عبارت ديگر در سري كه جريان اتصالي مي‌گذرد جرياني كه از صافي توالي فاز به دست مي‌آيد بين دو پيچك عمل‌كننده تقسيم مي‌شود و بخش بزرگتر، از پيچك نزديكتر عبور مي‌كند. اگر امپدانس پيلوت خيلي بزرگ باشد جرياني كه به پيچك واقع در سر ديگر مي‌رود براي آنكه در آنجا سبب قطع شود كافي نخواهد بود.

فصل   چهارم                                               رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 40

جريان شارژكننده بين سيمهاي پيلوت، گرايش به اين دارد كه حساسيت دستگاه را نسبت به اتصالي‌هاي داخلي بكاهد و تا حدودي شبيه به اتصال كوتاه بين سيمهاي پيلوت عمل مي‌كند. اما اتصال كوتاهي كه داراي امپدانس است.

2 ـ 4 ـ 4) نوع ولتاژ متقابل

مثالي از دستگاههاي نوع ولتاژ متقابل بصورت طرحي در شكل (6) نشان داده شده است رله‌هاي در سر پيلوت از نوع سودار متناوب هستند و داراي دو جزء سودار با منبع قطبي‌ساز مشترك هستند كه بر ضد هم اثر مي‌كنند. جز در مورد اثر زاويه^ء فاز، اين تركيب معادل يك رله بسيار حساس از نوع توازن است. مبدل “مخلوط‌كننده” در هر سر خط، كميت تك‌فازه‌اي را به ازاي همه انواع اتصالي فراهم مي‌آورد. اثر اشباع در مبدل مخلوط‌كننده، مقدار موثر ولتاژي را كه بر مدار پيلوت وارد مي‌آيد محدود مي‌سازد. امپدانس مدار وصل به دو سر مبدل مخلوط كنند. به اندازه‌اي كم است كه مي‌تواند مقدار اوج ولتاژها را در حدود قابل قبول نگه دارد.

دستگاهي كه در شكل (6) نشان داده شده است نياز به مهار كافي دارد تا از گرايش به قطع كردن در اثر جريان‌هاي شارژكننده بين سيمهاي پيلوت جلوگيري شود، گرچه زاويه گشتاور ماكزيمم براي عملكرد رله سودار طوري است كه اين گرايش به قطع را به حداقل مي‌رساند.

 

 

 

 

شكل (6): دستگاه رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب از نوع ولتاژ متقابل

P: پيچك قطبي‌ساز با جريان                         R: پيچك مهار با ولتاژ

O: پيچك عمل‌كننده با جريان

فصل   چهارم                                          رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 41

اين دستگاه در هنگام بروز اتصالي داخلي اگر جريان اتصالي فقط از يك سر خط وارد شود كليدهاي هر دو سر خط را قطع نمي‌كند بلكه تنها سبب قطع كليدي مي‌شود كه جريان اتصال كوتاه از آن مي‌گذرد. جريان در پيچكهاي عمل‌كننده و مهار سر ديگر به گردش درمي‌آيد اما جريان در پيچك قطبي‌ساز آن سر براي انجام عمل قطع در آن سر كافي نخواهد بود. بر اين مشخصه به ندرت مي‌توان ايراد قابل ذكري گرفت و در مقابل اين حسن را هم دارد كه جلوي قطع ناخواسته را در اثر جريان‌هاي القايي در پيلوت مي‌گيرد.

5 ـ 4) برتري دستگاههاي پيلوتي سيمي از نوع جريان متناوب بر نوع جريان مستقيم

پاره‌اي از مسائلي كه در ضمن رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان مستقيم شرح داده شد در مورد نوع جريان متناوب منتفي است. چون رله‌هاي قطع‌كننده و سدكننده جداگانه به‌كار نمي‌روند مشكل متفاوت بودن حساسيت‌ رله‌ها در امر قطع و سد رفع مي‌شود. از اين گذشته رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب ذاتاً در مقابل گيجي توان و فقدان همزماني مصون است. از سهولتي كه رفع اين دشواريها فراهم مي‌سازد مي‌توان پي برد كه چرا رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب در مقياس وسيعي جاي نوع جريان مستقيم را گرفته است.

6 ـ 4) محدوديتهاي دستگاههاي پيلوتي سيمي با جريان متناوب:

هر دو سيستم رله‌گذاري از نوع جريان گردشي و ولتاژ متقابل كه قبلاً شرح داديم هميشه هم براي خطهاي انشعابي يا چند سره قابل استفاده نيستند. زيرا در هر دو نوع ترانسفورماتور اشباع‌كننده براي محدود كردن جريان و ولتاژ سيم پيلوت به‌كار مي‌رود. رابطه غيرخطي بين مقدار جريان سيستم برق‌رساني و خروجي ترانسفورماتور اشباع‌كننده، مانع از اين است كه بتوان بيش از دو دستگاه را در مدار سيم پيلوت با هم بصورت متوالي بست مگر در بعضي حالات بسيار ويژه چون اين موضوع مستلزم پرداختن به جزئيات متعددي از حالتهاي گوناگون سيستم است. بطور كلي پيش از به‌كار بردن اين‌گونه دستگاههاي پيلوتي سيمي با جريان متناوب براي خطهاي انشعابي يا چند سره بايد با سازنده دستگاه مشورت كرد.

7 ـ 4) مراقبت از مدارهاي پيلوتي سيمي

وسايل دستي براي آزمايش دوره‌اي مدارهاي پيلوت و وسايل خودكار براي مراقبت دائمي از اين‌گونه مدارها وجود دارد. وسايل دستي، امكان اندازه‌گيري كميتهاي مربوط به سيم پيلوت و سهم هر يك از دو سر سيم را در اين كميتها فراهم مي‌سازد. وسيله^ء خودكار نيز جريان مستقيمي را بر سيم پيلوت سوار مي‌كند، اگر اشكالي بر سيم پيلوت وجود داشته باشد جريان ناظر افزايش يا كاهش مي‌يابد كه با كمك رله‌هاي كمكي حساس كشف مي‌شود وسايل خودكار را مي‌توان طوري پيش‌بيني كرد كه وقتي مدار سيم پيلوت باز يا اتصال كوتاه مي‌شود هم آژيري را به صدا درآورد و هم مدار قطع‌كننده را باز كند تا جلو قطع ناخواسته را بگيرد در اين موارد احتمالاً لازم مي‌شود كه عمل قطع كمي به تأخير افتد.

فصل   چهارم                                             رله هاي پيلوتي سيمي                                                 صفحه: 42

8 ـ 4) قطع از راه دور با سيمهاي پيلوت

اگر بخواهيم كليدي را در حالت خاصي از راه دور قطع كنيم مي‌توانيم اين كار را با سوار كردن و جريان مستقيم بر مدار پيلوت انجام دهيم. چنانچه وسيله ديده‌باني خودكار، به‌كار رفته باشد مقدار ولتاژ مستقيمي كه موقتاً به منظور قطع از راه دور بر مدار پيلوت سوار مي‌شود بزرگتر از ولتاژ دائمي كه به منظور ديده‌باني به‌كار مي‌رود خواهد بود. ممكن است برخي از اجزاي مربوط به ديده‌باني خودكار مشتركاً براي هر دو منظور به‌كار مي‌رود. يكي از معايب اين روش قطع از راه دور اين است كه اگر كسي در هنگام آزمايش، سيمهاي پيلوت را اشتباهاً زير ولتاژ مستقيم آزمايشي قرار دهد قطع ناخواسته پيش مي‌آيد. براي احتراز از اين مسئله، از “طنين‌”هاي گوناگون بر روي يك پيلوت جداگانه استفاده شده است.

9 ـ 4) مشخصات مورد نياز براي سيم پيلوت

از آنجا كه سيمهاي پيلوت معمولاً از شركت تلفن اجاره مي‌شوند و شركت تلفن، محدوديتهايي براي جريان و ولتاژ وارد بر مدارهاي خود قائل است، اين محدوديتها در نحوه^ء طراحي دستگاههاي رله‌گذاري پيلوتي سيمي اثر مي‌كند. دستگاههاي جريان متناوبي كه شرح داده شد براي مدارهاي تلفني مناسب هستند زيرا جريان و ولتاژ وارد بر آنها از ميزان مجاز بيشتر نمي‌شود. شكل امواج هم براي شركتهاي تلفن قابل قبول است.

دستگاههايي كه شرح داديم، بر روي سيمهاي پيلوتي كه مقاومت جريان مستقيم آنها تا حدود 2000 اهم و ظرفيت موازي توزيع ‌شده آنها در حدود 5/1 ميكرو فاراد باشد بدون نياز به تنظيم خاصي كار مي‌كنند. در هر صورت در مورد هر كاربردي بايد اين محدوديتها را تعيين كرد.

10 ـ 4) سيمهاي پيلوت و حفاظت آنها در مقابل اضافه ولتاژ

عملكرد رضايتبخش دستگاههاي رله‌گذاري پيلوتي سيمي در وهله^ء اول بستگي به اطمينان‌بخش بودن مدار پيلوت سيمي دارد. مشخصات لازم براي رله‌گذاري حفاظتي معمولاً دقيق‌تر از مشخصات مربوط به هر نوع سرويس ديگري است كه از مدارات پيلوت گرفته مي‌شود. مطلوبترين مدار پيلوت آن است كه در تملك مصرف‌كننده آن بوده، طوري ساخته شده باشد كه در معرض صاعقه، القاي متقابل با پيلوتهاي ديگر يا خطوط برق‌رساني، تفاوتهاي پتانسيل در سيستم زمين ايستگاه و يا تماس مستقيم با سيم برق قرار نگيرد. اما اگر نتوان به همه اين هدفها رسيد معمولاً مي‌توان با اقدامات اصلاحي مناسب باز هم به عملكرد رضايتبخش دست يافت. دستگاههاي رله‌گذاري سيمي با جريان متناوب كه شرحشان آمد مي‌توانند تنها بين 5 تا 15 ولت ولتاژ القايي بين دو سيم مدار پيلوت تحمل كنند. از اين رو اگر القاي متقابل زياد باشد سيمهاي پيلوت را بايد از نوع زوجي تابيده انتخاب نمود. چنانچه اثر القايي كم باشد سيمهاي چهارلاي مارپيچي هم به شرط آنكه از زوج دوم در سيم چهارلا جريان زيادي نگذرد كفايت مي‌كند.

فصل چهارم                                                       رله هاي پيلوتي سيمي                                               صفحه: 43

سيمهاي پيلوتي كه در معرض اضافه ولتاژ ناشي از صاعقه هستند بايد مجهز به برق‌گير باشند. به همين ترتيب، سيمهاي پيلوتي كه در خطر تماس با سيمهاي برق باشند بايد حفاظت شوند.

 

فصل   پنجم                         رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 44

 

 

 

 

 

فصل پنجم

رله‌هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكروموج

مقدمه:

فصل پنجم                         رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 45

در فصل چهارم به موضوع رله‌گذاري پيلوتي پرداختيم و اصول اساسي مربوط به آن را شرح داديم و بعضي از دستگاههاي رله‌گذاري پيلوتي سيمي را تشريح كرديم. در فصل حاضر به رله‌گذاري پيلوتي با جريان كارير و با ميكروموج خواهيم پرداخت. رله‌هايي كه با هريك از اين دو گونه پيلوت به‌كار مي‌روند يكسان‌اند. درا ين فصل دو نوع از دستگاههاي رله را شرح مي‌دهيم: يك نوع “مقايسه فاز” كه شباهت زيادي با نوع پيلوتي سيمي با جريان متناوب دارد و ديگري نوع “مقايسه سو” كه شباهت به انواع پيلوتي سيمي با جريان مستقيم دارد.

1 ـ 5) پيلوت با جريان كارير

هرگاه ولتاژي با قطبداشت مثبت بر مدار كنترل فرستنده وارد شود ولتاژ خروجي پربسامدي ايجاد خواهد كرد. معمولاً فركانس اين ولتاژ بين 30 تا 200 كيلو سيكل در ثانيه است. اين ولتاژ خروجي بر طبق شكل (1) بين يكي از سيمهاي فاز خط انتقال نيرو و زمين وارد مي‌شود.

هر گيرنده كارير، جريان كارير را از فرستنده محلي و نيز از فرستنده واقع در سر ديگر خط دريافت مي‌دارد. درواقع دستگاه گيرنده، جريان كارير دريافتي را به ولتاژ مستقيمي تبديل مي‌كند كه مي‌تواند در رله يا مدار ديگري به‌كار رود و هر عمل دلخواهي را انجام دهد. وقتي جريان كارير دريافت نشود اين ولتاژ صفر خواهد بود.

موج‌گيرهايي كه در شكل (1) نشان داده شده‌اند مدارهاي تشديد موازي هستند كه امپدانس آنها در مقابل فركانس معمولي نيروي برق ناچيز اما در برابر جريان‌هاي با فركانس كارير، بسيار زياد است. فايده^ء موج‌گيرها اين است كه جريان‌هاي كارير را در كانال دلخواه نگه دارند به نوعي كه كانالهاي كارير مجاور با هم تداخل نكنند و نيز از تلف شدن علامات كارير در مدارهاي انتقال نيروي همجوار به هر دليل و از جمله اتصالي‌هاي خارجي كه از دلايل اصلي است جلوگيري شود. در نتيجه جريان كارير فقط مي‌تواند از قطعه خط بين دو موجگير بگذرد.

 

 

 

 

 

 

فصل پنجم                       رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                  صفحه: 46

 

 

 

 

 

 

 

شكل (1): پيلوت با كانال جريان كارير

 

2 ـ 5) پيلوت ميكروموج:

پيلوت ميكروموج، سيستم راديويي پربسامدي (UHF) است كه در باندهاي معيني بالاتر از 900 مگاسيكل كار مي‌كند. فرستنده‌ها به همان روش فرستنده‌هاي جريان كارير كنترل مي‌شوند و گيرنده‌ها نيز همانند گيرنده‌‌هاي جريان كارير علامات دريافتي را به ولتاژ مستقيم تبديل مي‌كنند. در پيلوت ميكروموج، تزويج و موجگيري حذف مي‌شود توضيحاتي كه در زير درباره دستگاههاي رله‌گذاري خواهد آمد با اين فرض است كه پيلوت جريان كارير داشته باشيم، اما دستگاههاي رله و طرز كار آنها در صورتي هم كه از پيلوت ميكروموج استفاده شود به همين‌گونه خواهد بود.

3 ـ 5) رله‌گذاري مقايسه فاز

در دستگاههاي رله‌گذاري مقايسه فاز، پيلوت براي مقايسه رابطه فاز بين جريان ورودي به يك سر و جريان خروجي از سر ديگر خط انتقال نيرو به‌كار مي‌رود. مقادير جريان با هم مقايسه نمي‌شوند. رله‌گذاري مقايسه فاز فقط حفاظت مقدم را تأمين مي‌كند و براي حفاظت پشتيبان بايد وسايل رله‌گذاري تكميلي ديگري به‌كار رود.

شكل (2) اجزاي اصلي دستگاهها را در دو انتهاي يك خط انتقال دو سره نشان مي‌دهد كه در آن از پيلوت با جريان كارير استفاده مي‌‌شود. در اينجا هم مانند رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب، C.Tهاي خط انتقال نيرو، شبكه‌اي را تغذيه مي‌كند كه جريانهاي مبدلها را به يك ولتاژ تك‌فازه سينوسي تبديل مي‌كند. اين ولتاژ به فرستنده جريان كارير و يك “قياسگر” وارد مي‌شود. خروجي گيرنده^ء جريان كارير نيز به قياسگر مي‌رود. قياسگر كار يك رله^ء كمكي را كه به كليد قدرت، فرمان قطع مي‌دهد كنترل مي‌كند. اين اجزاء وسيله^ء ارسال و دريافت علامات كارير را به منظور مقايسه روابط نسبي فاز بين جريانهاي دو سر خط انتقال در هر سر، فراهم مي‌سازند.

فصل پنجم                               رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 47

 

 

 

 

 

 

شكل (2) نمايش دستگاههاي رله‌گذاري پيلوتي با جريان كارير از نوع مقايسه فاز

 

T: فرستنده^ء جريان كارير

R: گيرنده جريان كارير

اكنون رابطه بين ولتاژهاي خروجي شبكه در دو سر خط انتقال و نيز علامات جريان كارير را كه در هنگام بروز عيب خارجي يا داخلي فرستاده مي‌شود بررسي مي‌كنيم. اين روابط در شكل (3) نشان داده شده‌اند. ملاحظه مي‌شود كه به ازاي عيب خارجي در نقطه D، ولتاژهاي خروجي شبكه در ايستگاههاي A و B (موجهاي a و c )، 180⁰ ناهمفازي دارند. علت اين است كه همبنديهاي C.Tها در دو ايستگاه برعكس يكديگرند. چون براي كنترل فرستنده از جريان متناوب استفاده مي‌شود جريان كارير فقط در نيم سيكلهاي ثبت ولتاژ، فرستاده خواهد شد. علامتهاي جريان كاريري كه از ايستگاههاي A و B فرستاده مي‌شوند (موجهاي b و d ) از نظر زماني با يكديگر اختلاف دارند به‌طوري كه همواره يك علامت جريان كارير از يك سر خط به سر ديگر فرستاده مي‌شود. ولي در مورد اتصالي داخلي در نقطه‌اي مانند C بدين علت كه ولتاژ خروجي شبكه در ايستگاه B در اثر معكوس شدن جريان‌هاي خط انتقال نيرو در اين ايستگاه معكوس مي‌شود، علامتهاي جريان كارير (موجهاي b و f ) همزمانند و در يكي از دو نيمه هر سيكل در هيچ يك از دو ايستگاه علامتي نخواهيم داشت.

 

 

 

 

فصل   پنجم                         رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (3): رابطه بين ولتاژهاي خروجي شبكه و علامتهاي جريان كارير

طرز كار رله‌گذاري مقايسه فاز بدين ترتيب است كه هرگاه علامتهاي جريان كارير ناهمزمان باشند به نحوي كه فاصله زماني كه طي آن علامتي از يك سر يا سر ديگر فرستاده نمي‌شود معادل صفر و يا بسيار كم باشد دستگاه رله‌گذار به‌كار افتاده عمل قطع را در هر دو طرف خط سد مي‌كند. هرگاه علامتهاي جريان كارير تقريباً همزمان باشند، چنانچه مقدار جريان اتصال كوتاه كافي باشد قطع روي خواهد داد. اين موضوع را شكل (4) نشان مي‌دهد كه در آن ولتاژهاي خروجي دو شبكه و گرايشهاي نسبي قطع كردن و سد كردن نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

شكل (4): رابطه گرايشهاي به قطع و سد با ولتاژهاي خروجي شبكه

چنانچه در شكلهاي (3) و (4) ديده مي‌شود، دستگاه نصب شده در يك ايستگاه در طول نيم سيكل، يك علامت سدكننده به طرف ديگر مي‌فرستند و در نيم سيكل بعدي كه علامتي فرستاده نمي‌شود سعي به قطع مي‌كند. حال اگر در نيم سيكل، جريان كاريري از سر ديگر خط دريافت نشود دستگاه براي قطع كليد قدرت طرف خود، عمل خواهد كرد اما اگر در فاصله^ء زماني كه فرستنده^ء محلي بيكار است جريان كارير از سر ديگر دريافت شود عمل قطع روي نخواهد داد. قلب سيستم مقايسه^ء فاز چيزي است كه گاهي آن را “قياسگر” مي‌نامند. قياسگر نوعي ابزار رله‌گذاري به حساب مي‌آيد كه در هر يك از دو طرف خط نصب مي‌شود. قياسگر علامتهايي را كه از دو سر خط مي‌رسد با هم مقايسه كرده از روي وضع نسبي آنها به كليد طرف خود اجازه^ء قطع مي‌دهد و يا قطع آن را سد مي‌كند. فرض بر آن است كه قياسگر در ايستگاه A شكل (5) براي حفاظت خط AB در نظر گرفته شده باشد. علامتهاي مربوط به ايستگاه A از طريق شبكه محلي و در نيم سيكلهايي كه جريان كارير به سر ديگر فرستاده نمي‌شود فراهم مي‌آيد و علامتهاي ايستگاه B از روي جريان كاريري كه به ايستگاه A فرستاده مي‌شود به‌دست مي‌آيد. حالتهايي كه قياسگر بايد تشخيص دهد در شكل (5) نشان داده شده است.

فصل پنجم                               رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 49

 

 

 

 

 

 

شكل (5)

حالت (1): اگر علامتهاي رسيده به قياسگر، ناهمزمان باشند مي‌توان گفت كه اتصالي بين A و B است و قطع كليد A بايد مجاز باشد.

حالت (2): اگر علامتها در قياسگر، همزمان باشند اتصالي در خارج از قطعه خط AB است و قطع بايد سد شود.

حالت (3): اگر علامت كارير از B به A نرسد مي‌توان گفت كه جرياني از كليد خط AB در ايستگاه B نمي‌گذرد. در اين صورت اگر رله‌هاي خط AB در ايستگاه A وجود اتصالي را حس كنند اين اتصالي در فاصله A و B خواهد بود كه در اين حالت كليد A بايد مجاز به قطع باشد.

حالت (4): اگر هيچ علامتي به قياسگر نرسد جرياني از هيچ يك از دو انتهاي خط نمي‌گذرد كه خواه علتش بازبودن خط در هر دو طرف يا عدم مبادله باز بين دو ايستگاه يا عدم وجود اتصالي بر روي خط AB باشد موضوع عملكرد كليدها از طريق رله‌هاي حفاظت منتفي است لازم نيست كه علامتهاي جريان كارير دقيقاً ناهمزمان باشند تا عمل سد كردن انجام گيرد يا دقيقاً همزمان باشند تا قطع تجويز شود. براي سد كردن، اختلاف فازي تا حدود 35 درجه در دو طرف رابطه ناهمزماني كامل، قابل چشم‌پوشي است. اختلاف فاز قابل گذشت براي حالت قطع بسيار بزرگتر است. لازم است كه در حالت قطع بتوان اختلاف فاز بزرگتري را مجاز شمرد زيرا در حالت قطع، نسبت به حالت سد، احتمال پيدايش اختلاف فاز بيشتري وجود دارد. اختلاف فاز در حالت سد (يعني وقتي اتصالي خارجي روي دهد) از تفاوت زاويه‌اي مختصر ميان جريان‌هاي دو سر خط ناشي مي‌شود كه علت آن مولفه^ء جريان شارژكننده خط و زماني است كه براي انتقال علامتهاي كارير از يك سر خط به سر ديگر آن با سرعتي نزديك به سرعت نور صرف مي‌شود در سيستم با فركانس 50 سيكل در ثانيه، اثر اين انتقال براي هر 100 كيلومتر از طول خط در حدود 6 درجه اختلاف فاز خواهد بود و مي‌توانيم آن را به اين وسيله جبران كنيم كه ولتاژي را كه از شبكه به قياسگر وارد مي‌شود به همين ميزان، تغيير فاز دهيم.

فصل   پنجم                         رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 50

از آنچه گذشت چنين برمي‌آيد كه پيلوت مقايسه فاز، پيلوتي سدكننده است زيرا براي آنكه اجازه^ء قطع داده شود نيازي به علامت پيلوت نيست. بدون وساطت پيلوت، رله‌گذاري مقايسه فاز به رله‌گذاري اضافه جريان تندكار بي‌سو تبديل مي‌شود. اگر عيبي در پيلوت به‌وجود آيد مانع قطع نخواهد بود اما عمل قطع در چنين وضعي جايگزين خود را ندارد يعني ممكن است قطع ناخواسته پيش آيد. چنانچه اتصال كوتاهي بر روي خط حفاظت شده، بين زمين و سيمي كه دستگاههاي جريان كارير به آن پيوند يافته است پيش آيد براي قطع مطلوب، مزاحمتي ايجاد نخواهد كرد زيرا براي آنكه اجازه قطع داده شود به انتقال جريان كارير نيازي نيست. عيبهاي خارجي كه در طرف ديگر موج‌گير روي دهند مانع از انتقال صحيح جريان كارير وقتي به چنين جرياني نياز باشد نخواهند بود.

رله‌گذاري مقايسه فاز ذاتاً در مقابل ضربه‌هاي نيرو و فقدان همزماني بين منبع‌هاي توليدي كه در خارج از قطعه خط حفاظت شده واقع باشند مصون است. همچنين جريانهايي كه بعلت اثر القاي متقابل مدارهاي مجاور از خط بگذرند بر عملكرد دستگاهها بي‌اثرند. در هر دو حالت نامبرده، جريان‌ها صرفاً بصورت بار خارجي يا اتصالي خارجي از خط خواهند گذشت.

4 ـ 5) رله‌گذاري مقايسه سو:

امروزه دستگاههاي رله‌گذاري از نوع مقايسه سو به همراه رله‌هاي فاصله كار مي‌كنند زيرا رله‌هاي فاصله، تأمين حفاظت پشتيبان را بر عهده دارند و نيز بعضي از اجزاي رله‌هاي فاصله را مي‌توان مشتركاً با دستگاههاي مقايسه سو به‌كار برد. ولي عجالتاً تنها آن اجزايي را در نظر مي‌گيريم كه براي رله‌گذاري مقايسه سو اصلي‌اند.

در رله‌گذاري مقايسه سو، پيلوت از چگونگي عملكرد رله سودار سر ديگر خط در مقابل اتصال كوتاه به دستگاه خبر مي‌رساند. در حالت عادي هيچ علامت پيلوتي از هيچ سوي فرستاده نمي‌شود اگر اتصال كوتاهي در يكي از قطعه خطهاي همجوار روي دهد علامت پيلوت از هر يك از سرهايي كه جريان اتصال كوتاه از آن به خارج از خط مي‌گذرد (يعني در سويي كه سزاوار قطع نيست) ارسال خواهد شد. مادام كه ايستگاهي علامت پيلوت بفرستد قطع در تمام ايستگاههاي ديگر سد خواهد شد اما اگر اتصال كوتاه بر روي خط حفاظت شده روي دهد علامت پيلوت فرستاده نمي‌شود و در هر سري كه جريان اتصال كوتاه بگذرد قطع روي خواهد داد. بنابراين پيلوت از نوع سدكننده است زيرا براي تجويز عمل قطع، نيازي به دريافت علامت پيلوت نيست. علامت پيلوت برخلاف حالت رله‌گذاري مقايسه فاز كه در هر نيم سيكل تكرار مي‌شود، در حالت مقايسه^ء سو به محض آنكه آغاز شد حالت ماندگار به خود مي‌گيرد.

فصل     پنجم                     رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 51

اجزاي اصلي رله‌گذاري در هر سر خط براي نوعي دستگاه رله‌گذاري مقايسه سو در شكل (6) نشان داده شده‌اند. جز در دو مورد استثنا، همه كنتاكتها در وضعيتي كه در حالت عادي به خود مي‌گيرند در شكل ديده مي‌شوند. موارد استثنا عبارتند از اينكه كنتاكتهاي رله گيرنده (R) بازند زيرا پيچك تثبيت‌كننده رله گيرنده (RH) در حالت عادي برقرار است و مجموعه كنتاكتهاي كمكي كليد قدرت وقتي خود كليد بسته باشد، بسته است. كنتاكتهاي رله سودار فاز (DØ) ممكن است برحسب سوي گذر جريان بسته يا باز باشند.

 

 

 

 

 

 

شكل (6): نمايش مدارهاي كنتاكتهاي اصلي دستگاههاي رله‌گذاري مقايسه سو

S_I: رله تثبيت‌شده                                       D_G: رله سودار زمين

D_Ø: رله سودار فاز                                     FD_GT: رله عيب‌ياب قطع‌كننده براي زمين

FD_ØT: رله عيب‌ياب قطع‌كننده براي فاز               R: رله گيرنده

R_H: پيچك نگه‌دارنده جريان مستقيم                 R_C: پيچك جريان كارير

T: پرچم                                                 T_C: پيچك قطع

FD_GB: رله عيب‌ياب ردكننده براي زمين        FD_ØB: رله عيب‌ياب سدكننده براي فاز

فصل   پنجم                        رله هاي پيلوتي با جريان كارير و ميكرو موج                                   صفحه: 52

وقتي اتصال كوتاهي بر روي خط حفاظت‌شده روي دهد، رله‌هاي سودار در همه سرهايي كه از آنها جريان اتصالي مي‌گذرد كنتاكتهاي خود را مي‌بندند و از اين‌رو ارسال جريان كارير را به محض آنكه از عيب‌يابهاي سدكننده آغاز شود متوقف مي‌سازند. اگر علامت كارير براي سد كردن عمل قطع در كار نباشد چنانچه مقدار جريان اتصالي براي برداشت عيب‌ياب قطع‌كنند‌ه‌اي كفايت كند همه سرها قطع خواهد شد.

رله سودار زمين مي‌تواند ارسال علامت كارير را متوقف سازد خواه ارسال علامت را عيب‌ياب سدكننده براي فاز و يا عيب‌ياب سدكننده براي زمين آغاز كرده باشد. اما رله^ء سودار فاز فقط وقتي مي‌تواند ارسال علامت را سد كند كه آن را عيب‌ياب سدكننده براي فاز آغاز كرده باشد. اين امر نشان مي‌دهد كه چگونه مي‌توان در صورت تمايل “اولويت زمين” به‌دست آورد. اصل اولويت زمين هنگامي به‌كار مي‌رود كه يك رله سودار فاز، آماده^ء عملكرد نادرست در مقابل اتصالي زمين باشد. اگر از عيب‌يابهاي فاصله‌اي از نوع فاز استفاده شود به اولويت زمين نيازي نخواهيم داشت.

شكل (6) فقط كنتاكتهاي رله‌هاي فاز را در يك فاز نشان مي‌دهد. در مدارهاي قطع‌كننده و متوقف‌كننده كارير، مدارهاي كنتاكت در فاز ديگر با مدارهاي نشان داده شده در شكل، موازي خواهند بود.

رله‌گذاري مقايسه سو نياز به وسايل مكمل دارد تا جلو قطع سيستم را در هنگام ضربه‌هاي شديد نيرو و يا در زمان فقدان همزماني بگيرد.

در بعضي از خطهاي انتقال نيرو كه نزديك هم موازي شده‌اند اثر القاي متقابل در خطها سبب مي‌شود كه بخش رله‌هاي اتصال به زمين در دستگاههاي مقايسه^ء سو در هنگام اتصال زمين دستخوش عمل قطع ناخواسته شود.

 

 

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 53

 

 

 

 

 

فصل ششم

حفاظت خط با رله‌هاي پيلوتي

 

مقدمه:

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 54

رله‌گذاري پيلوتي براي حفاظت خط بهترين نوع است. اين رله‌گذاري در جايي به‌كار مي‌رود كه در برابر هرگونه اتصالي، در هر جا كه روي دهد، خواهان حفاظت تندكار باشيم. در خطهاي دو پايانه و بسياري از خطهاي چند پايانه، همه كليدهاي پايانه‌ها عملاً همزمان قطع مي‌شوند و بدين وسيله بازبست سريع و خودكار مقدور مي‌شود. تركيب قطع تندكار و بازبست تندكار به سيستم انتقال نيرو اين امكان را مي‌دهد كه ميزان بارگيري از آن را به حد پايداريش نزديكتر سازد.

رله‌گذاري پيلوتي را در برخي از خطوط چند پايانه هم به‌كار مي‌برند كه در آنها قطع و بازبست تندكار چندان اهميتي ندارد اما شكل كلي مدار مانع از آن است كه حتي بتوان سرعت عملكرد متوسط لازم را از رله‌هاي فاصله انتظار داشت.

پاره‌اي از خطوط براي هر نوع رله^ء فاصله، بيش از حد كوتاه هستند. در چنين خطهايي مشكل فقط اين نيست كه رله^ء فاصله‌اي در اختيار داشته باشيم كه حداقل درجه تنظيم اهمي آن به مقدار كمتري برسد، بلكه خطاهاي اهمي در مقايسه با اهمهايي كه بايد اندازه‌گيري شوند چنان زياد است كه چنين رله‌گذاري را غيرعملي مي‌سازد.

بارهاي بحراني ممكن است به قطع تندكاري بيش از تواناييهاي رله‌هاي فاصله نياز داشته باشند. بنابر دلايل فوق، معمولاً در بيشتر مدارهاي انتقال نيروي فشار قوي و بسياري از مدارهاي فوق توزيع و توزيع، رله‌گذاري پيلوتي به‌كار مي‌رود. پس موضوع انتخاب بين پيلوت سيمي، پيلوت جريان كارير و پيلوت ميكروموج پيش مي‌آيد. اگر يكي از دو نوع اخير را برگزينيم بايد در انتخاب بين رله‌گذاري مقايسه^ء فاز، مقايسه^ء سو و يا تركيب آنها نيز تصميم گرفت.

1 ـ 6) رله‌گذاري با پيلوت سيمي

رله‌گذاري با پيلوت سيمي را در مورد آن‌گونه از مدارهاي فشار ضعيف و خطهاي فشار قوي به‌كار مي‌برند كه پيلوت با جريان كارير از نظر اقتصادي موجه نباشد. براي حفاظت بعضي از مدارهاي كابلي انتقال نيرو مي‌توان از پيلوت سيمي سود جست زيرا ميزان تضعيف جريان كارير در مدارهاي كابلي بسيار زياد است. در مورد خطهاي كوتاه، رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب، اقتصادي‌ترين صورت رله‌گذاري تندكار است.

معمولاً پيلوتهاي سيمي را در فواصلي كه از 8 تا 16 كيلومتر بيشتر نباشد به‌كار مي‌برند اما چندتايي هم در كار بوده‌اند كه طول آنها تا 43 كيلومتر هم مي‌رسيده است.

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 55

مدار پيلوتي كه از شركت مخابرات اجاره مي‌شود ممكن است بسيار بلندتر از خط انتقال حفاظت‌شده باشد. زيرا كمتر پيش مي‌آيد كه اينگونه مدارهاي تلفني بين دو سر خط انتقال نيرو بطور مستقيم كشيده شده باشند. بنابراين در حالتهاي حدي بايد پيش از تصميم گرفتن درباره كاربرد پيلوت سيمي، مقاومت و ظرفيت آن را معلوم ساخت.

بطور كلي رله‌گذاري پيلوتي سيمي را به قدر رله‌گذاري پيلوتي با جريان كارير اطمينان‌بخش نمي‌دانند، بيشتر بدين علت كه بسياري از مدارهاي پيلوتي سيمي مورد بهره‌برداري، چندان اطمينان‌بخش نيستند. مدار پيلوت آنچنان در معرض ناهنجاريهاي گوناگون است كه انتخاب و حفاظت آن دقت زيادي را مي‌طلبد.

1 ـ 2 ـ 6) بدست آوردن حساسيت مناسب:

غير از كسب اطمينان از اينكه وسايل مربوط براي كاربرد مورد نظر مناسب هستند. مرحله اساسي در طرز كاربرد، اين است كه معلوم كنيم آيا امكانات تنظيم وسايل رله‌‌گذاري چنان هست كه حساسيت و سرعت لازم را تضمين كند يا نه. سازندگان شيوه انجام اين مهم را با دانستن مقادير حداكثر و حداقل جريان اتصالي براي اتصاليهاي فاز و زمين در هر يك از دو سر خط، شرح مي‌دهند.

توصيه مي‌شود كه دستگاه طوري تنظيم نشود كه حساسيت آن خيلي بيش از حدود لازم باشد وگرنه ممكن است بار اضافي بر مبدلهاي جريان تحميل شود.

اگر جريان‌هاي اتصالي فاز به اندازه‌اي بزرگ باشند كه چنين اجازه‌اي را بدهند بهتر است كه مقدار برداشت اتصالي فاز روي لااقل 25 درصد بيش از حداكثر جريان بار تنظيم شود. در اين صورت، چنانچه سيمهاي پيلوت باز يا اتصال كوتاه شوند دستگاه، كليدهاي مربوط به خود را در حالت جريان بار، ناخواسته قطع نخواهند كرد. در برابر اتصالي‌هاي خارجي قطع ناخواسته باز هم مي‌تواند روي دهد مگر آنكه وسايل ديده‌بان براي پيشگيري از اينگونه قطعيها بكار گرفته شود.

2 ـ 1 ـ 6) حفاظت پشتيبان

رله‌گذاري پيلوتي سيمي، حفاظت پشتيبان را تأمين نمي‌كند. براي اين منظور، رله‌هاي اضافه جريان يا فاصله جداگانه‌اي به‌كار مي‌برند. وقتي بر روي خط موجودي از رله‌گذاري پيلوتي سيمي استفاده شود، معمولاً وسايل رله‌گذاري موجود را براي حفاظت پشتيباني به‌كار مي‌برند.

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 56

رله‌هاي فاصله را مي‌توان براي پشتيباني به‌كار برد. حتي اگر طول خط براي آنكه بتوان از رله‌هاي فاصله در حفاظت مقدم استفاده كرد بسيار كوتاه باشد. در چنين مواردي منطقه تندكار رله را از كار مي‌اندازند.

وقتي از رله‌هاي اضافه جريان سودار براي حفاظت پشتيباني استفاده شود مشخصات منبع ولتاژ نياز به وقت آنچناني ندارد و مي‌توان از ولتاژ فشار ضعيف جبران نشده استفاده كرد. بايد توجه كرد كه در وسايل متداول رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب هيچ‌گونه ولتاژ متناوبي به‌كار نمي‌رود.

2 ـ 6) رله‌گذاري با پيلوت جريان كارير:

رله‌گذاري با پيلوت جريان كارير بهترين و متداولترين نوع رله‌گذاري براي خطهاي فشار قوي است. اين نوع رله‌گذاري بر روي خطوطي با ولتاژ تا 33 كيلو ولت نيز مشغول به‌كار است. اين شيوه درباره^ء هر خط هوايي به نحوي مي‌تواند به‌كار رود. رله‌گذاري با پيلوت جريان كارير بر رله‌گذاري پيلوتي سيمي ترجيح دارد. زيرا اطمينان‌بخشي آن بيشتر و دامنه^ء كاربردش وسيعتر است. از آنجا كه اين سيستم كلاً شامل وسايل پايانه‌اي است. برخلاف سيمهاي پيلوت اجاره‌اي، كاملاً در اختيار استفاده‌كننده است. از اين گذشته، پيلوت جريان كارير را با سادگي بيشتري مي‌توان در عين حال براي منظورهاي ديگري چون تلفن اضطراري و قطع از راه دور اضطراري هم به‌كار برد.

1 ـ 2 ـ 6) ديده‌باني خودكار كانال جريان كارير

وقتي براي نخستين بار پيلوت جريان كارير به بازار آمد اطمينان‌بخشي چراغهاي خلاء به خوبي وسايل امروزي نبود و بعضي از مصرف‌كنندگان، نياز به وسايل خودكار را براي ديده‌باني از كانال كارير احساس مي‌كردند. امروزه مصرف‌كنندگان قانع شده‌اند كه به آزمايشهاي دستي روزانه در فواصل زماني منظم اكتفا كنند زيرا ثابت شده است كه كانال جريان كارير، جزء بسيار اطمينان‌بخشي در ميان ديگر وسايل حفاظت است.

2 ـ 2 ـ 6) تضعيف جريان كارير

هر جا كه كاربرد جريان كارير مورد نظر باشد بايد بررسي و اطمينان حاصل كرد كه افتها يا ميزان تضعيف در كانال جريان كارير، در حدود مجاز براي وسايل باشد. سازندگان، اين حدود را مشخص مي‌كنند و شرح مي‌دهند كه در هر جزء كانال چگونه بايد تضعيف را حساب كرد.

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 57

حفاظت خطهاي چند پايانه نيز نياز به دورانديشي بسيار در مسئله تضعيف دارد. بسته به طول خطي كه از خط اصلي منشعب مي‌شود، بازتابهاي انشعاب مي‌تواند تضعيفهاي بيش از حدي را پديد آورد مگر آنكه فركانس جريان كارير با دقت بسيار انتخاب شود، اگر طول خط، معادل

4 1، 4 3 ،4 5، 7 4 و … طول موج كارير باشد بايد منتظر تضعيف بيش از حد بود. گاهي تنها از طريق آزمايش خط به كمك جريان كاريري با فركانسهاي مختلف مي‌توان اطلاعات لازم را بدست آورد.

كابلهاي انتقال نيرو، تضعيف بسيار زيادي در جريان كارير به‌وجود مي‌آورند. خاصه وقتي مبدلهاي غلافبند به‌كار برود. همچنين ناپيوستگي مشخصه امپدانس كانال در جايي كه كابل انتقال نيرو به خط هوايي بسته مي‌شود به افت شديد مي‌انجامد. معمولاً جريان كارير را تنها در كابلهاي كوتاه مي‌توان به‌كار برد، آن هم در مورد فركانسهاي رده^ء پايين. بنابر علل ياد شده گاهي پيلوت سيمي و يا حتي پيلوت ميكروموج را در جاهايي به‌كار مي‌برند كه اگر آن علتها در كار نبود پيلوت با جريان كارير ترجيح مي‌داشت.

3 ـ 2 ـ 6) بكارگيري جريان كارير براي كشف تجمع برف و يخ

كانال جريان كارير روشي را بدست مي‌دهد كه با آن مي‌توان فهميد كه چه وقت بايد به ذوب برف و يخ جمع‌شده روي خط پرداخت. ميزان استقبال از اين روش در بين موسسه‌هاي برق‌رساني متفاوت بوده است. عموماً در اين‌باره اتفاق‌نظر دارند كه اين روش، تجمع برف و يخ را نشان مي‌دهد اما گاهي نيز در اثر مه غليظ يا بارندگي، اطلاعات نادرستي از آن بدست مي‌آيد آنهايي كه اين روش كشف تجمع برف و يخ را به‌كار مي‌برند احساس مي‌كنند كه هزينه^ء اضافي كه در اثر اجراي غيرضروري عمل ذوب بعلت اطلاعات اشتباه، تحميل شود ناچيز و در مقابل نشكن شدن خط، موجه است.

روش كشف تجمع برف و يخ مبتني بر اين امر است كه ميزان تضعيف خط انتقال نيرو، با تجمع برف و يخ بر روي آن افزايش مي‌يابد. شكل (1) اثر تضعيف اندازه كميت خروجي دستگاه گيرنده جريان كارير را نشان مي‌دهد. عملكرد عادي با نقطه A مشخص شده است.

 

 

شكل (1) اثر تضعيف بر شدت علامت خروجي گيرنده

 

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 58

وقتي وسايل بطور صحيح به‌كار گرفته شوند ضريب اطمينانشان كافي است بطوريكه در بيشتر حالتهاي جوي ناجور و منجمله در برف و يخ، ميزان تضعيف از مقداري كه با نقطه B نشان داده شده است چندان تجاوز نخواهد كرد. بنابراين اطمينان‌بخشي همگي دستگاهها در همه^ء حالتها تضمين مي‌شود. حال اگر بخواهيم از تجمع برف و يخ بر روي خط آگاهي يابيم، اپراتور مستقر در يك طرف، جريان كاريري را روي خط مي‌فرستد. اپراتور طرف ديگر، دكمه‌اي را مي‌فشارد تا تضعيف را مدار گيرنده يا فرستنده بدهد و محل عادي عملكرد را از به ببرد. پس خروجي گيرنده در اثر تضعيف ناشي از برف و يخ به تندي كاهش مي‌يابد. وقتي اوضاع براي تجمع برف و يخ مساعد به نظر برسد چنين آزمايشي در فواصل متواتر، افزايش در ميزان تجمع برف و يخ را نشان خواهد داد. پيش از آنكه حاصل سنجش كميتهاي خروجي گيرنده را مفيد بدانيم بايد اطلاعاتي را كه از اين راه بدست مي‌آيد با مشاهدات عيني و تجربه هماهنگ سازيم.

از روي خاصيت كشف برف و يخ، مي‌توان به تجمع گرد و خاك يا نمك بر روي مقره‌هاي خط و يا فرسوده شدن اجزاي الكترونيكي نيز پي برد و بسياري از شركتهاي برق هم كه آن را براي ذوب يخ به‌كار نمي‌برند، براي منظورهاي اخير از آن سود مي‌جويند.

4 ـ 2 ـ 6) مقايسه فاز

رله‌گذاري مقايسه فاز، بسيار شبيه رله‌گذاري پيلوتي سيمي با جريان متناوب است و از ساده‌‌ترين وسايل متداول رله‌گذاري با پيلوت جريان كارير به‌شمار مي‌رود. لكن مناسب‌ترين كاربرد آن، در خطهاي دو پايانه است و در مورد خطهاي چند سره به بررسيهاي بسيار دقيقي نياز دارد و ميزان حساسيت حفاظت در آن از خطهاي دو پايانه بسيار ضعيف‌تر است. حتي در خطهاي دو پايانه هم حساسيت رله‌گذاري مقايسه^ء فاز براي اتصالي‌هاي فاز به پاي رله‌گذاري مقايسه سو نمي‌رسد.

بهترين جاي مصرف رله‌گذاري مقايسه^ء فاز در خط دو پايانه‌اي است كه مطمئن باشيم در آينده از آن انشعابي گرفته نخواهد شد و مقادير جريان اتصالي چنان بزرگ است كه قطع تندكار را در همه^ء حالتهاي محتمل كار سيستم تضمين كنند.

اين امر كه در رله‌گذاري مقايسه فاز از ولتاژ متناوب استفاده نمي‌شود (جز براي آزمايش) ممكن است. بسته به نوع رله‌گذاري پشتيباني به‌كار رفته، حسني به حساب بيايد و يا نيايد. اگر براي پشتيباني، از رله‌هاي فاصله استفاده شود، به منبع ولتاژي با همان كيفيت لازم براي رله‌‌گذاري مقايسه سو، نياز خواهد بود. تنها در صورتي كه رله‌گذاري اضافه جريان (احتمالاً سودار) را براي حفاظت پشتيباني به‌كار بريم، رله‌گذاري مقايسه^ء فاز از فايده^ء بي‌نيازي به ولتاژهاي متناوب برخوردار خواهد شد.

فصل ششم                                        حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 59

رله‌گذاري مقايسه فاز از القاي متقابل خطهاي مجاور متأثر نمي‌شود و اين از امتيازاتش نسبت به مقايسه سوست.

اينكه هر وسيله^ء رله‌گذاري پشتيبان را مي‌توان كاملاً مجزا از وسايل مقايسه^ء فاز به‌كار برد، حسني براي مقايسه به حساب مي‌آيد. مي‌توان يكي از وسايل را براي تعمير و نگهداري از كار خارج ساخت بي‌‌آنكه به هيچ‌وجه مزاحمتي براي ديگري فراهم آيد.

 

 

5 ـ 2 ـ 6) مقايسه^ء سو

رله‌گذاري مقايسه سو نوعي است كه بيشترين كاربرد را دارد و از اين‌رو جاي آن دارد كه برنامه‌هاي استانداردسازي درباره^ء آن به اجرا درآيد. تنها حالتي كه در آن از مقايسه^ء سو نمي‌توان استفاده كرد هنگامي است كه القاي متقابل كافي با خط ديگري وجود داشته باشد و به جاي رله‌هاي فاصله زمين، رله سودار زمين مصرف شود.

بطور كلي، غير از ملاحظات مربوط به تضعيف جريان كارير، كاربرد رله‌گذاري مقايسه^ء سو تا حدود زيادي ناشي از استعمال رله‌هاي فاصله فاز، سودار زمين يا فاصله زمين است. زيرا در وسايل متداول، بعضي از اجزاء را مشتركاً در رله‌گذاري مقدم با پيلوت جريان كارير و براي رله‌گذاري پشتيبان به‌كار مي‌برند. درواقع اگر اكنون خطي با رله‌هاي فاصله فاز و رله‌‌هاي اضافه جريان زمين يا رله‌هاي فاصله زمين حفاظت مي‌شود، شايد لازم باشد كه برخي رله‌هاي مكمل ديگر را علاوه بر لوازم جريان كارير بيفزاييم تا رله‌گذاري مقايسه سو با جريان كارير بدست آيد. رله‌هاي مكمل و لوازم جريان كارير، عمل سد كردن را بر عهده خواهند داشت و حال آنكه عمل قطع را رله‌هاي موجود انجام مي‌دهند.

6 ـ 2 ـ 6) تركيب مقايسه فاز وسو

در رله‌گذاري مقايسه سو با رله‌هاي سودار زمين، ممكن است اگر ميزان القاي متقابل خط انتقال نيروي همجوار كافي باشد عملكرد ناخواسته روي دهد. رله‌هاي سودار زمين نادرست عمل مي‌كنند زيرا قطبي‌سازي آنها به‌‌طور مخالف تاثير مي‌پذيرد. از اين رو به نظر مي‌رسد كه رله‌گذاري مقايسه فاز بعلت تأثيرناپذيرش از القاي متقابل مرغوبتر باشد اگر مقايسه فاز كاملاً قابل كاربرد بود مي‌توانست راه‌حل خوبي به‌شمار رود، ولي گاهي در برابر اتصاليهاي فاز حساسيت كافي ندارد، گرچه در برابر اتصاليهاي زمين از هر لحاظ رضايت‌بخش است. از اين‌رو، رله‌گذاري تركيب مقايسه فاز و سو برگزيده مي‌شود.

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 60

اصل مقايسه سو را براي اتصاليهاي فاز و اصل مقايسه فاز را براي اتصاليهاي زمين به‌كار مي‌برند. از آنجا كه فرستنده و گيرنده جريان كارير مشتركاً به‌كار گرفته مي‌شوند، دستگاه فقط اندكي گرانتر از رله‌گذاري مقايسه فاز تنها تمام خواهد شد. اتفاقاً وسايل اتصالي زمين در رله‌گذاري مقايسه فاز در برابر بيشتر حالتهاي گذرايي كه بر رله‌هاي سودار زمين تاثير مي‌گذارد كمتر اثرپذير است.

اگر در دستگاههاي مقايسه سو به جاي رله‌هاي سودار زمين از رله‌هاي فاصله استفاده شود توسل جستن به وسايل تركيب مقايسه فاز و سو ضرورتي نخواهد داشت. در هر حال اين وسايل، قدري گرانترند، اما در عوض، حفاظت پشتيبان بهتري را فراهم مي‌سازند.

3 ـ 6) ميكروموج

پيلوت ميكروموج را در رله‌گذاري فقط هنگامي به‌كار مي‌برند كه بتوان روي كانال ميكروموج، علاوه بر رله‌گذاري و از خدمات ديگر نيز به حد كافي استفاده كرد. به كار بردن ميكروموج فقط براي رله‌گذاري در صورتي كه پيلوت كارير يا سيمي قابل كاربرد باشد از نظر اقتصادي موجه نيست.

ميكروموج براي منظورهاي رله‌گذاري مناسب است، هرچند از نظر اطمينان‌بخشي به پاي جريان كارير نمي‌رسد. اين امر تا اندازه‌اي معلول مدارهاي پيچيده و تعدد قطعات الكترونيكي و تا اندازه‌اي نيز معلول تعدد خدماتي است كه از كانال ميكروموج گرفته مي‌شود اگر به دستگاههاي تكراركننده هم نياز باشد، پيچيدگي عملاً دو برابر و اطمينان‌بخشي باز هم كمتر مي‌شود. البته بايد در نظر داشت كه نيازهاي رله‌گذاري حفاظتي به اطمينان‌بخشي، از بعضي جهات بيش از ديگر خدماتي است كه همان كانال ميكروموج عرضه مي‌كند. هرگونه خطا در ارسال علامت به هنگام روي دادن اتصالي ناپذيرفتني است.

ميكروموج بر جريان كارير برتريهايي نيز دارد زيرا جدا از خط انتقال نيروست. اما تنها فايده عملي آن مربوط به قطع از راه دور است و گاهي هم در جايي كه ميزان تضعيف جريان كارير بيش از حد زياد باشد مثلاً در مورد مدارهاي كابلي ميكروموج سودمند است. اما حتي در اين‌گونه موارد هم ميكروموج را به‌كار نمي‌بندند مگر آنكه بتوان از آن غير از رله‌گذاري حفاظتي، براي ارائه خدمات بسيار ديگر نيز سود جست.

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 61

وسايل رله‌گذاري كه در پيلوت جريان كارير به مصرف مي‌رسند در پيلوت ميكروموج هم به‌كار مي‌روند. بنابراين از بابت وسايل رله‌گذاري، ملاحظات كاربردي در هر دو مورد يكسان است.

1 ـ 3 ـ 6) كانال ميكروموج

كانال ميكروموج سيستم راديويي است كه رده فركانسهاي آن از 950 تا 30000 مگاسيكل مي‌رسد. در اين سيستم بايد بتوان خط راستي از يك آنتن به آنتن ديگر كشيد كه از بالاي سر عوارص بين راه و ترجيحاً از 15 متري آنها بگذرد، اين امر معمولاً فاصله بين دو آنتن متوالي را بسته به پستي و بلنديهاي زمين به 30 تا 80 كيلومتر محدود مي‌سازد. اگر كانال درازتري لازم باشد، شايد به يك يا چند ايستگاه تكراركننده نياز پيدا كنيم. هر ايستگاه تكراركننده، وسايل ايستگاه مبدأ را دو برابر مي‌كند جز آنكه تنها به يك دكل اضافي نياز دارد، بنابراين هزينه^ء كانال ميكروموج تابع طول آن است.

معمولاً وقتي وسايل عادي ايستگاهي عيب كند از وسايل ذخيره‌اي كه به‌طور خودكار وارد عمل مي‌شوند، كمك مي‌گيرند.

در آن رله‌گذاري كه معطل ماندنش در هنگام وقوع اتصالي براي يك لحظه هم مجاز شمرده نمي‌شود كار كردن با منبع جريان متناوب سيستم برق‌رساني پذيرفتني نيست. بايد از مولد جريان متناوبي است كه از باتري ايستگاه برق بگيرد و يا از وسايلي كه با جريان مستقيم كار كند سود جست اين امر در ايستگاههاي تكراركننده‌اي كه منبع باتري مناسبي هم در دسترس نباشد بيشتر مسئله مي‌آفريند.

2 ـ 3 ـ 6) قطع از راه دور

فايده عمده ميكروموج در رله‌گذاري حفاظتي اين است كه وجود عيب در روي خط حفاظت شده مانع انتقال فرمان قطع از راه دور نمي‌شود.

اين توانايي در اجراي عمل قطع از راه دور، فارغ از مزاحمت‌هاي حاصل از وقوع عيب، اين امكان را فراهم مي‌سازد كه اصل متفاوتي را براي حفاظت خط به‌كار بنديم. براي استفاده از اين اصل اولاً بايد كه منطقه‌هاي قطع تندكار رله‌ها در همه پايانه‌ها در برابر هرگونه اتصالي چنان متداخل باشند كه در برابر هر اتصالي، دست‌كم رله‌هاي يك پايانه بصورت تندكار وارد عمل شوند. ثانياً اگر هر پايانه طوري آرايش يابد كه علامت قطعي به هر يك از پايانه‌هاي ديگر بفرستد عملاً قطع تندكار و همزمان در همه پايانه‌ها روي خواهد داد يعني قطع از راه دور، تأخيري در حدود 2 تا 3 سيكل خواهد داشت. البته هر پايانه در عين حال مي‌تواند اگر اتصالي در درون منطقه^ء قطع تندكار خودش واقع شود مستقل از وسايل فرمان قطع از راه دور، عمل قطع را به‌طور تندكار به انجام برساند.

فصل ششم                                           حفاظت خط با رله هاي پيلوتي                                             صفحه: 62

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 63

 

 

 

 

 

فصل هفتم

رله‌هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي

مقدمه:

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                        صفحه: 64

يك شبكه قدرت از نقطه توليد تا مصرف، شامل اجزاء و مراتبي است كه ژنراتور را بعنوان مولد و ترانسها و خطوط انتقال را بعنوان مبدل و واسطه دربر مي‌گيرد.

برعكس 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 دكلها بزرگتر و تلفات انتقال نيز فزوني مي‌گيرد. به همين دليل سعي مي‌شود پس از توليد، با استفاده از ترانسفورماتورهاي افزاينده، سطح ولتاژ افزايش و ميزان جريان كاهش داده شود و براي تشخيص اتصال كوتاههاي احتمالي فاز به زمين، از شبكه زمين و نوترالي كه در پست مبدأ ايجاد مي‌كنند استفاده مي‌نمايند. پس از انتقال قدرت تا نزديكيهاي منطقه مصرف، سطح ولتاژ در چند مرحله پايين مي‌آيد تا قابل مصرف شود. در ايران در حال حاضر براي انتقال قدرت از ولتاژهاي 400 و 230 كيلو ولت استفاده مي‌شود و در مناطق مختلف شهري نيز اين ولتاژها به سطح 63 كيلو ولت 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 به فاز) برق مورد نياز مصرف‌كننده‌هاي عادي فراهم آيد. ترانسفورماتورهاي انتقال، از آرايش ستاره / مثلث برخوردارند. طرف ستاره به ولتاژ بالاتر و طرف مثلث به ولتاژ پايين‌تر متصل مي‌شود تا در عايق‌بندي و حجم سيم‌پيچها صرفه‌جويي شود.

يك پست فوق توزيع، معمولاً شامل خط يا خطوط ورودي، بريكرها، سكيونرها، باسبار طرف فشار قوي، ترانس قدرت، ترانس زمين، ترانس مصرف داخلي، باسبار فشار متوسط، فيدرهاي خروجي، فيدرهاي خازن و غيره مي‌شود و در هر پست پانلهاي رله‌اي و ميترينگ، عمل حفاظت و اندازه‌گيري را بعهده دارند.

1 ـ 7) ضرورت اتصال به زمين ـ نوتر

تا زمانيكه اتصال به زمين در شبكه اتفاق نيفتاده باشد، نيازي به برقراري اتصال نوترال يا زمين نمي‌باشد. اما به لحاظ امكان وقوع اتصال كوتاه‌هاي 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 داراي سيم‌پيچ زيگزاگ) به يكديگر متصل و نقطه صفر يا خنثي (نول) آن را با زمين مرتبط مي‌كنيم. اين ترانس ضمن ايجاد نوترال براي شبكه، بدليل راكتانسي كه وارد جريان اتصال كوتاه با زمين را نيز محدود مي‌كند.

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 65

2 ـ 7) ضرورت براي برقراري حفاظت

پس از برپايي يك سيستم قدرت، اولين چيزي كه نياز به آن احساس مي‌شود، برخورداري سيستم از يك حفاظت اتوماتيك است. در اوايل پيدايش شبكه‌هاي قدرت، سعي مي‌شد سيستم را در مقابل جريانهاي اضافي حفاظت نمايند و اينكار توسط فيوز انجام مي‌شد اما با گسترش شبكه‌ها و تمايل به داشتن حفاظتي انتخاب‌كننده. يعني آن نوع از حفاظت كه به‌واسطه آن براي هر خطائي، در هر نقطه از شبكه، مناسب‌‌ترين عمل قطع انجام شود، سيستم حفاظت

over current (ماكزيمم جريان) 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 نامي خط) بيشتر شود، فرمان قطع رله صادر مي‌شود در حاليكه منظور عمده از طرح حفاظت اوركارنتي آنست كه در صورت بروز خطا، رله‌ها به ترتيب نزديكي به نقطه اتصالي در نوبت قطع بايستند و در صورت عمل نكردن يك رله، رله بعدي فرمان قطع صادر كند.

3 ـ 7) انواع سيستمهاي اوركارنتي

در جائيكه نيروگاه فقط يك بار منفرد را تغذيه مي‌دهد، نياز حتمي به وجود اوركارنت نيست و رله‌اي كه بتواند پس از تأخير معيني مدار را قطع نمايد كافي به نظر مي‌رسد. اما در يك شبكه توسعه‌يافته، كه هر باسبار بيش از يك خروجي را تغذيه مي‌كند. رفتار سلكيتو بيشتري لازم است تا قسمت حذف شده و خاموشي حاصله به حداقل برسد.

1 ـ 3 ـ 7) سيستم حفاظت اوركارنتي فاز به زمين

حفاظت اوركارنتي براي تك‌تك فازها ضروريست اما يك رله زمين (EF) براي هر سه فاز كافيست. غالباً نياز به آن هست كه رله E/F نسبت به جريان‌هاي زمين بسيار حساس باشد. بعبارت ديگر، تنظيم رله زمين اغلب كمتر از مقدار تنظيمي رله فاز قرار مي‌گيرد. (حدود 20% آن).

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 66

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                       صفحه: 67

2 ـ 3 ـ 7) حفاظت باقيمانده پارزيجوال

در صورتيكه بخواهيم رله زمين به جريانهاي بسيار كم زمين حساس باشد، از اتصال باقيمانده يا (Residual connection) استفاده مي‌شود، در اين روش، سيم‌پيچهاي ثانويه سه ترانس جريان ـ يكي براي هر فاز ـ بصورت موازي بسته مي‌شوند و مشتركاً يك رله زمين را تغذيه مي‌كنند در حالتي كه وضعيت نرمال باشد، خروجي مجموعه اين ترانسها صفر است و همچنين در حالتي كه اتصال كوتاه در فاز رخ دهد، اين تعادل همچنان باقي مي‌ماند. خط پارگي در يك فاز نيز باعث عمل رله نمي‌شود. اما هنگامي كه جريان اتصال كوتاه با زمين بوجود مي‌آيد. جريان رزيجوال بوجود آمده، باعث عمل رله مي‌شود.

3 ـ 3 ـ 7) هماهنگ كردن رله‌هاي جرياني زمان ثابت

اگر تنظيم رله‌هاي پشت سرهم در يك شبكه را به‌گونه‌اي قرار دهيم كه دورترين رله نسبت به نقطه اتصالي با فاصله زماني معين (نسبت به رله‌هاي ماقبل و مابعد خود) فرمان قطع دهد. در آن صورت چنين هماهنگي رله‌اي را هماهنگي جرياني ـ زماني و فاصله زماني بين عملكرد يك رله و رله بعدي را پله زماني يا margin مي‌ناميم.

بدين صورت سيستم حفاظتي رله‌هاي اوركارنت با عملكرد آني نيز بعنوان راه‌انداز و يا آشكارساز اتصالي بكار مي‌روند. اين رله‌ها مي‌بايد تنظيمات معيني داشته باشند.

در صورتي كه در اتصاليهاي ضعيف و شديد، رله‌ها به ترتيب تنظيمات زمان ثابت خود به عمل درآيند. المانهاي شبكه خسارت بيشتري مي‌پذيرند و اين مورد از نقاط ضعف رله‌هاي جرياني با زمان ثابت است.

4 ـ 3 ـ 7) رله‌هاي اوركارنت زمان معكوس (inverse-time)

اشكال فوق كه در رله‌هاي زمان ثابت وجود داشت، در رله‌هاي با زمان معكوس كمتر مي‌شود در اين رله‌ها در صورت زياد شدن جريان عبوري، زمان عملكرد رله كوتاهتر مي‌شود و در نتيجه ترانسفورماتور و ساير المانهاي شبكه، مدت كمتري تحت جريان اتصالي قرار مي‌گيرند و لطمات كمتري متوجه آنها مي‌شود. در عين آنكه منحني‌هاي رله‌هاي پشت سرهم را مي‌توان طوري انتخاب كرد كه انتخاب سلكتيو باقي بماند.

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 69

5 ـ 3 ـ 7) كاربرد رله‌هاي جرياني

از رله‌هاي جريان با زمان ثابت و معكوس، در غالب فيدرهاي ورودي يا خروجي كاربرد دارد. در فيدرهاي خروجي 20 كيلو ولت و پائين‌تر، از دو رله جرياني در دو فاز و يك رله زمين استفاده مي‌شود. حذف رله جرياني از فاز وسط به جهت صرفه‌جويي 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.

4 ـ 7) رله‌هاي ولتاژي

كاربرد رله‌هاي ولتاژي محدود است و دو تيپ عمده دارند

1 ـ رله ولتاژي كه در اثر كاهش ولتاژ به‌عمل درمي‌آيد (under voltage)

2 ـ رله ولتاژي كه در اثر افزايش ولتاژ تحريك مي‌شود (over voltage)

از اين رله‌ها در حفاظت فيدرهاي خازن، رگولاتور ولتاژ ترانسفورماتور و حفاظت خطوط ورودي به پست استفاده مي‌شود.

5 ـ 7) حفاظت فيدر كوپلاژ 20 كيلو ولت

اين حفاظت معمولاً سه رله جرياني را شامل مي‌شود و تنظيم آن به خاطر هماهنگي با رله‌هاي 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 بي‌مورد نگردد.

6 ـ 7) حفاظت فيدر ترانس 20 كيلو ولت

اين حفاظت به لحاظ تركيب تقريباً مشابه هر يك از فيدرهاي خروجي مي‌باشد با اين تفاوت كه معمولاً در هر سه فاز از رله جرياني برخوردار است. در صورتيكه از رله نوع زمان ثابت استفاده شده باشد، زماني حدود 2/1 ثانيه خواهد داشت (با در نظر گرفتن زمان تنظيمي 4/0 ثانيه براي فيدرهاي 8/0 ثانيه براي فيدر كوپلاژ) زمان 4/0 ثانيه بعنوان margin بين هر دو رله پشت سرهم، زمان مطلوبي خواهد بود.

7 ـ 7) حفاظت REF:

REF مخفف Restricted Earth Fault به معناي اتصال زمين محدوده يا محدود‌شده مي‌باشد و اين اسم به خاطر آن است كه محدوده معيني از مدار مثلاً يك تكه كابل را حفاظت مي‌نمايد. رله ديفرانسيل نيز همانند اين رله ولي به شكل كاملتر محدوده معيني مثل ترانسفورماتور و يا يك تكه كابل يا خط را حفاظت مي‌كند. بنابراين در مواردي كه در خارج از اين محدوده يا ناحيه تعريف‌شده، اتصال كوتاه پديد آيد، لازم است كه اين رله بعمل درنيايد. در عين آنكه مي‌بايد براي اتصاليهاي واقع در محدوده آن، بسيار حساس باشد.

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه:70

 

 

 

8 ـ 7) رله ديفرانسيل:

براي حفاظت ژنراتور ٍترانسفورماتور و خطوط با كابلهاي كوتاه از رله ديفرانسيل استفاده مي‌شود. اين رله تفاوت جريانهاي ورود و خروج را سنجيده و در صورت وجود تفاوت بين آنها ، بعمل مي‌آيد. باتوجه به اينكه جريانهاي طرفين ترانس، از طريق ترانسهاي جريان حاصل مي‌شود و از آنجا كه ترانسهاي جريان با هر مقدار دقت و هم كلاس بودن، از لحاظ موقعيت نقطه اشباع باهم تفاوتهايي دارند، بنابراين بروز اختلاف و عمل بي‌مورد رله محتمل خواهد بود. براي خروج رله از اين حالت ناپايداري، مدار را بصورتي تغيير مي‌دهند كه جريان مجموع يا دورزننده، مقداري از نيروي جريان عمل كننده را خنثي و تا اندازه‌اي از شدت حساسيت رله كاسته و حالت پايداري بوجود آيد. كويل نگهدارنده عامل اين بازدارندگي است و به گونه‌اي در مدار جريان دورزننده تعبيه مي‌شود كه نيمي از 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 I1N/2   وديگريI2N/2ومجموع اين دوN(I1+I2)/2است.

متوسط جريان نگهدارنده نيز (I1+I2)/2 خواهد بود. هنگامي كه اتصال كوتاه در خارج از محدوده رله ديفرانسيل رخ مي‌دهد، هردوجريان (I₁+I₂) افزايش مي‌يابد و از اينرو گشتاور كويل نگهدارنده نيز بيشتر شده و مانع از عمل رله مي‌گردد.

تنظيم اين رله در دو قسمت متمايز صورت مي‌گيرد.

• تنظيم جريان پايه برا يكويل عمل‌كننده يا تنظيم مقدار پايه
• تنظيم جريان برا ي كويل نگهدارنده

تنظيم جريان برا ي كويل عمل‌كننده بصورت زير تعريف مي‌شود.

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                        صفحه: 71

100* كمترين جرياني كه موجب عمل رله مي شود

جريان نامي كويل عمل كننده

 

و اين در حاليست كه جريان در كويل نگهدارنده برابر صفر باشد و تنظيم جريان عمل رله هنگامي كه از كويل نگهدارنده يا كنترل كننده هم جرياني عبور مي‌كند با رابطه زير تعريف مي‌شود.

 

100* مقدار جريان در كويل عمل كننده به نحوي كه رله به عمل در آيد

جريان در كويل نگهدارنده

 

1-8-7) چند نكته در مورد رله ديفرانسيل :

• چونكه در ترانس قدرت، جريان ثانويه مطابق با گروه‌برداري ترانس نسبت به اوليه مي‌چرخد، بنابراين يكسان نمودن اندازه جريانهاي طرفين رله ديفرانسيل، كفايت نمي‌كند و لازم است از ترانس واسطه يا ترانس تطبيق كه همان گروه‌برداري ترانس قدرت را داشته باشد استفاده كنيم تا چرخش حاصله را جبرا ن نمايد.
• در ترانس واسطه، سرهاي مختلفي وجود دارد و اين امر به دليل وجود تپ چنجر در ترانس قدرت است. به هنگام عمليات راه‌اندازي اوليه يك پست لازم است كه جريانهاي اوليه و ثانويه و اختلاف اين دو كه همان جريان ديفرانسيل (I₁-I₂) مي‌باشد، در پايين‌ترين و بالاترين تپ اندازه گرفته شده و مناسبترين تپ براي ترانس واسطه انتخاب شود تا حداقل جريان عمل‌كننده را داشته باشيم.
• رله‌هاي ديفرانسيل مغناطيسي، مصرف زيادتري دارند و مخصوصاً اگر
  (I₁-I₂) به هنگام بار زياد ترانس قابل توجه شود، گرماي زيادي را به رله تحميل خواهد كرد و ضمناً به دلايلي كه گفته شد ناپايداري رله را افزايش خواهد داد.

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                      صفحه: 72

نكته قابل توجه آنست كه در هنگام وصل، جريان هجومي در اوليه خواهيم داشت و اين جريان در چند سيكل اول مقدار بالائي دارد و مي‌تواند رله را تحريك نمايد. اما با درنظرگرفتن آنكه اين جريان هارمونيك‌هاي زوج (بويژه 2 و 4) مي‌باشد، مي‌توان با قراردادن يك واحد حساس به اين هارمونيكها و بازنمودن لحظه‌اي كنتاكت فرمان قطع از عملكرد بي‌مورد رله ديفرانسيل جلوگيري بعمل آورد و اجازه داد تا ترانس برقرار شود.

2-8-7) رله ديفرانسيل يا بالانس ولتاژي

اساس كار اين نوع رله، تقابل و رودررو قرار گرفتن ولتاژهاي آمده از ترانس جريانهاي طرفين خط است. براي اينكار اولاً مدار به صورت ضربدري بسته مي‌شود تا قطبهاي هم نام مقابل هم قرار گيرند و ثانياً براي تبديل جريان هريك 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.Tها را متناسباً به ولتاژ تبديل مي‌كند.

آنچه بين رله‌هاي طرفين مبادله مي‌شود ولتاژ و گاهاً يك فركانس كدگذاري شده است كه در صورت برابري جريانهاي طرفين، در محدوده باند فركانسي خاصي خواهد بود و در صورت به‌هم خوردن بالانس جريانها (به هنگام اتصال كوتاه در مسير) فركانس يا فركانسهاي متفاوتي به طرفين ارسال خواهد شد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 73

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 74

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 75

9-7) حفاظت جرياني براي ترانسفورماتور :

معمولاً در هر دو طرف ترانس قدرت و با استفاده از C.Tها، رله‌هاي اوركارنت (براي هر سه فاز) نيز تعبيه مي‌شوند و البته اين رله‌ها از جمله حفاظتهاي اصلي ترانس به حساب نمي‌آيند اما با ساير رله‌هاي اوركارنت شبكه هماهنگ هستند و در صورت عمل نكردن رله‌هاي پيش روي خود و پس از گذشت زمان تنظيمي بعمل درمي‌آيند. البته از آنجا كه درغالب رله‌هاي اوركارنت واحد جريان زياد لحظه‌اي هم وجود دارد، در صورت تنظيم دقيق اين واحدها و افزايش ناگهاني جريان بطوريكه از حدود تنظمي آنها فراتر رود، فرمان قطع سريع خواهند داشت.

10-7) حفاظت باسبار

در اوايل تاسيس ‌شبكه‌ها به دليل توسعه‌نيافتگي طرح رله‌ها، لزوماً حفاظت شبكه را كلي درنظر مي‌گرفتند و نه موضعي. اما بعدها كه حفاظتهاي مقطعي برا ي ترانس، كابل و خط درنظر گرفته شد، باسبار هم حفاظت مخصوص به خود را طلب نموده 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 ويژه‌اي شد و امروزه از كيفيت پيشرفته و سريعي برخوردار است بصورتيكه بروز اختلال در كار آن، ممكن است پايداري سيستم را به خطر اندازد.

1-10-7) نوع اتصالي باسبار:

آمار مي‌گويد كه بيشتر اتصاليهاي حادث در باسبارها، از نوع فاز به زمين هستند. البته اتصال فاز به فاز هم با درصد كمي بوجود مي‌آيد. ضمناً همين آمارها حاكي از آنند كه غالب اتصاليهاي باسبارها از خطاهاي انساني ناشي مي‌شود و نه از خرابي تجهيزات، مثلاً باز كردن سكسيونرزيربار و يا بستن به خطاي سكسيونر زمين، فراموش كردن برداشتن سيم‌هاي ارتينگ و تماسهاي اتفاقي با باسبار درصد بالايي از حوادث روي باسبارها را شامل مي‌شود. البته پيدايش جرقه، شكستن ايزولاتورهاي نگهدارنده، تركيدن ترانسهاي جريان و بروز نقص در بريكرها هم موجب بروز آرك و اتصالي روي باسبارها مي‌گرند.

2-10-7) انواع حفاظت باسبار :

در حفاظتهاي قديمي باسبار، از حفاظت ديفرانسيل استفاده مي‌شد. زمان عملكرد آنها كوتاه نبود و گاه به بيش از 2 ثانيه بالغ مي‌شد. حفاظت جرياني جهت‌دار بلوكه‌كننده نيز به كار مي‌رفت كه امروزه منسوخ شده است. حفاظت نوع ديفرانسيلي خود انواع مختلفي دارد و از جمله مهمترين آن، مجموع‌سنجي جريانهاي زريجوال هريك از فيدرهاست. اين نوع حفاظت را براي باسبارهاي سه‌تائي هم مورد استفاده قرا رداده‌اند. با اين خصوصيت كه هر باسبار به مثابه يك منطقه مجزا درنظر گرفته شده است و در صورت بسته شدن هر بريكر كوپلاژ، مسير جريانهاي هر باسبار از طريق كنتاكتهاي كمكي همان بريكوكوپلاز، به ساير باسبارها مرتبط شده و بالانس جرياني برقرار مي‌شود. طبيعي است كه در چنين سيستمي كنتاكتهاي سريع‌العمل لازم خواهد بود تا اطمينان حاصل شود كه همپاي بسته شدن بريكر كوپلاژ، مسير بر جريانهانيز بسته مي‌شود. از طرفي تشخيص اتصالي در هر باسبار يا هر قسمت از آن، مي‌بايد به قطع سريع و ايزوله شدن همان قسمت منجر شود و ساير قسمتها در وضعيت نرمال خود باقي بمانند. ترانسهاي جريان بكار رفته در اين سيستم‌ها نقش عمده دارند و در صورت اشباع شدن يكي يا دسته‌اي از آنها نظام متعادل سيستم مختل خواهد گشت.

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه:77

11-7) حفاظت خط :

استفاده از حفاظت خط نوع (جرياني – زماني) بصورت رله‌هاي اوركارنت خط، هرچند كه كاربرد دارند اما به دليل تاخير زيادي كه دارند جزو حفاظتهاي اصلي محسوب نمي‌شوند.

رله ديستانس كه براساس سنجش راكتانس، امپدانس و غيره كار مي‌كن حفاظت دقيقتر و مطمئن‌تري به حساب مي‌آيد.

با استفاده از رله امپدانسي، فاصله نقطه اتصالي بدست مي‌‌آيد و از اين خاصيت براي هماهنگي رله‌هاي ديستانس پشت سرهم استفاده مي‌شود. براي اتصاليهاي نزديك به رله، ولتاژ كمتر و جريان بيشتر خواهد بود و درنتيجه امپدانس كمتري سنجش مي‌شود و به اين ترتيب، وجه تمايز بين اتصاليهاي دورتر و نزديكتر حاصل مي‌گردد كه بواسطه همين تشخيص فاصله، مي‌توان آن را ناحيه‌بندي كرد و براي ناحيه نزديكتر، زمان قطع سريعتري منظور نمود و براي نواحي دورتر، تاخير زماني بيشتري درنظر گرفت و به اين ترتيب توانائي و انتخاب در قطع را بدست آورد.

واحد اندازه‌گيري رله ديستانس در اصل، يك رله نسبت‌سنج است و طوري طراحي شده كه به عضو سنجشي آن در گشتاور وارد مي‌شود.

• گشتاور جريان
• گشتاور حاصل از ولتاژ

اين دو گشتاور بر ضد هم عمل مي‌كنند و ظرايف طراحي به گونه‌ايست كه در حالت نرمال شبكه برآيند اين دو گشتاور ناچيز بوده و رله بدون عكس‌العمل مي‌ماند، اما به هنگام بروز اتصالي (افزايش جريان و كاهش ولتاژ) ، توازن رله به هم خورده و گشتاور جريان بر گشتاور ولتاژ فزوني مي‌گيرد و رله بعمل در مي‌آيد.

مكان هندسي نقاطي كه در آنها، گشتاور عمل‌كننده جريان و بازدارنده ولتاژ برابر مي‌شوند مشخصه مرزي رله ناميده مي‌شود و از آنجا كه اين رله‌ها بسيار دقيق ساخته مي‌شوند امپدانس سنجش شده توسط آنها، تقريباً بصورت ايده‌آل، نسبت ولتاژ به جريان و زاويه بين آن دو خواهد بود و به اين ترتيب مي‌توان عملكرد امپدانس رله را بر روي نمودار R-X رسم نمود.

1-11-7) نكاتي درخصوص رله‌هاي ديستانس

 

• عملكرد رله‌هاي ديستانس، برحسب دقت برد يا شعاع عملكرد آنها تعريف مي‌شود و طبيعي است كه براي خطوط كوتاه، متوسط و بلند، و رله‌هاي ديستانس يكساني بكار گرفته نمي‌شوند.

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 78

برا ي نقاطي كه نزديك به رله هستند، ولتاژ ورودي بسيار كم مي‌شود. دقت رله نيز پائين مي‌آيد و حتي در پاره‌اي از موارد به عدم عملكرد رله منجر مي‌شود.

• براي آنكه رله‌هاي ديستانس را همانند رله‌هاي (جرياني – زماني) بتوان بصورت پشتيبان يكديگر به كار گرفت، عملكرد آنها را نسبت به فاصله پيش روي آنها، ناحيه‌بندي مي‌كنند.
• در عمل، ناحيه اول يك رله ديستانس را به دلايلي نمي‌توان تا آستانه نيروگاه بعدي گسترش داد. درواقع اگر تمامي اين فاصله مي‌توانست در ناحيه نخست قرار گيرد، ايده‌آل بود. اما مواردي از قبيل خطاي T ها و P.T ها، خطاي ناشي از شرايط شبكه، خطاي محاسبات، خطاي ناشي از محدوديت تنظيم رله، خطاي سنجش رله و غيره كه گاهاً روي هم جمع شده و امكان آن دارد كه برد رله تا آنسوي رله بعدي (مقطع بعدي خطا) توسعه يافته و حالت حفاظت انتخابي را دچار مشكل نمايد.باعث مي‌شود كه از روي احتياط، حدود 15 تا 20 درصد عقب‌نشيني را جايز بدانيم و ناحيه نخست را بيش از 85% مقطع مورد حفاظت قرار ندهيم.
• در رله ديستانس، هر ناحيه زمان عمل مخصوص به خود را دارد تا عملكرد هر ناحيه از ناحيه‌هاي ديگر قابل تميز باشد. ضمن آنكه براي رله‌هاي ديستانس پشت سرهم، تداخل بوجود نيايد معمولاً اين زمانها براي زون اول، لحظه‌اي (حدود يك سيكل يا 20 ميلي ثانيه) زون دوم 6/0ثانيه، زون سوم 2/1 ثانيه، و زون چهارم 8/1 ثانيه تنظيم مي‌شود.
• طراحي يك رله ديستانس معمولاً براساس اتصال كوتاه سه‌فاز صورت مي‌گيرد و بنابراين براي اتصال كوتاههاي با زمين (يك فاز، دوفاز يا سه فاز با زمين) و منطبق شدن نواحي عملكرد رله در اتصاليهاي مختلف، لازم است كه شرايط سيستم زمين هم لحاظ گشته و در رله بصورت يك تنظيم با عنوان ضريب زمين قرار داده شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                        صفحه: 79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                        صفحه: 80

12-7) رله دوباره وصل كن:

اطلاعات آماري اتصاليهاي واقع شده روي خطوط تا سطح 63 كيلوولت حاكي از آن است كه حدود 20% آنها اتصالهاي گذرا هستند و بنابراين در اينگونه خطوط، نيازي به رله‌هاي دوباره وصل‌كن نخواهد بود.

تجربه نشان داده است كه در غالب اتصالي‌ها، چنانچه خط پس از قطع توسط بريكر و پس از تاخير زماني كوتاهي كه منجر به زدوده شدن فضاي يونيزه حاصل از جرقه مي‌شود مجدداً بصورت خودكار وصل گردد، عمل وصل موفقيت‌آميز خواهد بود. در خطوط فشار قوي و فوق قوي پس از بوجود آمدن اتصالي گذرا در يك فاز، حتي ضرورت نخواهد داشت كه بريكرها فرمان قطع سه‌فاز صادر كنند و فرمان قطع به بريكر اتصالي شده و سپس وصل مجدد آن كافي بوده و اين رفتار براي پايدار نگه داشتن سيستم نيز مفيد خواهد بود.

1-12-7) كاربرد رله دوباره وصل كن:

در شبكه‌هاي فوق توزيع، اين رله معمولاً در خطوط شعاعي، (كه مركز ثقل پايداري سيستم نيست) بكار مي‌رود و مي‌تواند زمان خاموشي‌ها را به حداقل رساند. اين مورد، در پست‌هاي تحت اسكن و فاقد اپراتور اهميت بيشتري مي‌يابد. همچنين در شبكه‌هايي كه حفاظت اوركارنت و واحد (جريان زياد آني) دارند، مي‌توان تنظيمات را براي اتصاليهاي شديد حساستر نمود تا بواسطه آن، پس از وقوع اينگونه اتصاليها، قطع آني و سپس وصل مجدد صورت گيرد و به اين ترتيب زمان استمرار جرقه به حداقل رسيده و ميزان خسارت اندك شده و در پاره‌اي موارد، از توسعه يك اتصالي گذرا به يك اتصالي دائمي جلوگيري شود. البته قابل ذكر آنست كه استفاده از حفاظت جريان زياد آني، در شرايطي مي‌تواند موجب به هم خوردن هماهنگي رله‌ها شود.

در شبكه‌هاي فشار قوي و فوق فشار قوي در تنظيم رله‌هاي دوباره وصل‌كن، لحاظ زما، كافي براي دي‌يونيزاسيون محيط جرقه ضروريست و همين مسئله باعث مي‌شود تا سطح ولتاژ مدار، سرعت باد و بسياري موارد ديگر را در محاسبات منظور كنيم و همين جاست كه نوع بريكرهاي مورد استفاده (روغني، گازي، بادي و غيره) نيز مطرح ميشوند و خلاصه آنكه بكارگرفتن دوباره وصل‌كن‌ها در سطوح فشار قوي، تخصص بالا و امكانات ويژه‌اي مي‌طلبد.

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 82

13-7) رله synchron-check

در پستهاي فشارقوي، براي وصل بريكر كوپلاژ (آنجا كه دو شينه متفاوت را به هم مرتبط مي‌سازد) نياز به برقراري شرايط اوليه به قرار زير است:

• برابري نسبي ولتاژها در هر دو طرف بريكر (در حالت باز)، با اختلافي قابل قبول و از پيش تنظيم شده روي رله.
• برابري فركانسها
• صفربودن اختلاف فاز بين ولتاژهاي طرفين بريكر

يكسان بودن جهت چرخش حوزه‌هاي دوار و به عبارتي، همسو بودن توالي فازها نيز براي يك پست داير، مسلم فرض مي‌شود. رله پس از بررسي تمام شرايط مذكور و در صورت سازگار بودن دو طرف، اجازه وصل بريكر كوپلاژ را صادر مي‌كند.

در اين رله‌ها معمولاً ولتاژهايي كه در طرفين بريكر كوپلاژ اندازه گرفته ‌مي‌شود، مي‌بايد نسبت به ولتاژ خاصي، از مقدار معيني كوچكتر نباشد، سوي برقرار شدن را هم مي‌توان روي رله انتخاب نمود، مثلاً اينكه خط از طريق باسبار برقرار مي‌شود و يا باسبار از طريق خط، ضمن آنكه مي‌توان سوي برقرار شدن را درنظر نگرفت.

در اين رله روي واحدي كه اختلاف ولتاژهاي دوطرف را بررسي مي‌كند، كليدي وجود دارد كه اپراتور مي‌تواند به دلخواه يكي از وضعيتهاي آن را انتخاب كند و بسته به اينكه باسبار يا خط كداميك بي‌برق است، كليد را در وضعيت مربوط قرار دهد، حالات مختلف اين كليد عبارتند از : باسبار برقرار و خط راكد، باسبار راكد و خط برقرار، باسبار برقرار و خطا هم برقرار و بالاخره واحد خارج از مدار.

در رابطه با مسئله فوق، زمان فرمان به بريكر (پس از تشخيص سنكرون بودن دوطرف) هم سهم است و مي‌توان زمان تاخير در وصل رله را روي رله تنظيم نمود. در مورد اين رله مي‌توان اين زمان را تا 2/0 ثانيه بطور ثابت تنظيم نموده و يا آنكه از 1 تا 2 ثانيه متغير كرد.

14-7) سيستم inter lock وinter trip :

اين سيستم در ارتباط با دو پست مرتط با هم (پست مادر و پست تغذيه‌شونده) كه وسيله قطع و وصل آنها فقط يك سري بريكر است (آنهم منصوب در پست مادر) بكار مي‌رود و منظور از طراحي چنين سيستمي، صرفه‌جويي در بريكرهاي طرف پست تغذيه شونده است ولي استفاده از آن در بعضي موارد منجر به بروز خسارات و خطراتي مي‌شود كه گاهاً پرهيز از آنها اجتناب‌ناپذير بوده و طرح را مردود مي‌نماياند. اين طرح به صورتي است كه بي‌برقي نمودن ترانسفورماتور پست تغذيه‌شونده، فقط با قطع بريكر kv 63 از محل پست مادر امكان‌پذير است. بنابراين اگر اين بريكر وصل شود (فرمان قطع از طرف پست تغذيه‌شونده روي آن نباشد)، ترانسفورماتور بدون هيچ مانعي برقرار خواهد شد و در اين زمينه جز پاره‌اي ابتكارات كاركنان، هيچگونه روش ايمن‌كننده‌اي وجود نخواهد داشت. (بويژه در موارديكه كابل پيلوت ارتباطي دو پست قطع مي‌باشد)

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                           صفحه: 83

طرح كلي اين سيستم طوريست كه روابط و وابستگي‌هاي زير بين بريكر 63 كيلوولت [A] واقع در پست مادر و بريكر طرف 20 كيلوولت ترانس [B] برقرار است.

• اگر بريكر A قطع شود، بريكر B نيز قطع مي‌شود. (اينترتريپ)
• اگر بريكر B قطع شود، بريكر A قطع نمي‌شود.
• تا بريكر A وصل نشود، بريكر B فرمان وصل نمي‌گيرد (اينترلاك)
• اگر بريكر A وصل شود، بريكر B فقط از محل خود وصل مي‌شود.
• وصل بريكر A فقط از محل خود امكان‌پذير است.
• قطع بريكر A از محل خود و نيز از طرف پست تغذيه‌شونده (در صورت بروز شكال در ترانسفورماتور و عملكرد رله‌هاي آن و همينطور فرمان از طريق كليد قطع اضطراري واقع در پست تغذيه‌شوند) ممكن مي‌باشد.

در اين سيستم علاوه بر رله‌هاي فرعي، جمعاً از 10 رله اصلي استفاده شده است (چهار رله در طرف پست مادر و 6 رله در طرف پست تغذيه شونده) و ارتباط اين سيستم رله‌اي در دو پست، از طريق يك كابل (كه پيلوت ناميده) انجام مي‌شود كه شامل 4 رشته است (دو رشته براي ارسال و دو رشته براي دريافت فرمان)

تغذيه اين كابلها در حالت عادي مدار از فشار ضعيف (a.c) تامين مي‌شود ولي چنانچه فرماني صادر شود، ضمن برقرار بودن ولتاژ a.c ولتاژ d.c فرمان نيز روي ولتاژ a.c سوار شده و به طرف ديگر ارسال مي‌شود.

بعضي از وظايف رله‌هاي اصلي دوطرف را مي‌توان به شرح زير خلاصه كرد :

• آشكارسازي قطع ولتاژ c (با قطع شدن ولتاژ d.c آلارم مي‌دهد)

فصل هفتم                                   رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                        صفحه: 84

آشكارسازي قطع ولتاژ a.c (در صورت فقدان a.c آلارم مي‌دهد)

• فرستادن فرمان قطع به طرف ديگر مدار
• دريافت فرمان قطع از طرف ديگر مدار
• حفاظت كابل پيلوت (در صورت پارگي يا اتصالي كابل پيلوت آلارم مي‌دهد)
• نگهداشتن فرمان قطع روي بريكر 20 كيلوولت از طرف بريكر 63 (تا در صورت باز بودن بريكر 63، بريكر 20 فرمان وصل نگيرد.)

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 85

 

 

 

 

 

 

فصل هشتم

حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي

متروي تهران

مقدمه

فصل هشتم                                حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 86

پست برق متروي تهران از نوع پستهاي توزيع GIS، indoor مي‌باشند كه وظيفه دارند ولتاژ را كاهش دهند. شركت متروي تهران براي آنكه اولاً حداقل خاموشي را در برق داشته باشد و ثانياً براي انجام مانورهايي كه بطور متداول در شبانه‌روز انجام مي‌شود مشكلي نداشته باشد و ثالثاً پايداري تقريباً نسبي را در دريافت و توزيع انرژي داشته باشد، از پستهاي 63/20kv استفاده نموده است.

عايق بين فازها و فازها به زمين در پست GIS گاز Sf₆ است. لذ اندازه و ابعاد تجهيزات در مقايسه با پست‌هاي فضاي باز كوچكتر مي‌شود و فضا و زمين كمتري در احداث پست موردنياز مي‌باشد و نيز اين پست‌ها در مناطقي كه آلودگي هوا بالا مي‌باشد به خوبي جوابگو است و آلودگي بر تجهيزات اثري ندارد.

متروي تهران براي تغذيه خطوط 1 و 2 در مجموع از پنج پست 63/20kv استفاده مي‌كند كه عبارتند از طرشت، قورخانه، شهيد بهشتي، فتح‌آباد و تهرانپارس و هر پستي داراي دو فيدر 63kv مي‌باشد به استثنا‌ء پست برق قورخانه كه داراي 4 فيدر 63kv مي‌باشد. فيدرهاي 63kv پست‌هاي برق متروي تهران بصورت ذيل مي‌باشند.

• پست برق طرشت

فيدر ورودي آلستوم – آزادي به طول 1.97 كيلومتر

فيدر ورودي قورخانه (مترو) – آزادي به طول 8.8 كيلومتر

• پست برق شهيد بهشتي

فيدر ورودي 63kv مصلي – شهيد بهشتي به طول 1.7 كيلومتر

فيدر ورودي 63kv قورخانه – شهيد بهشتي به طول 5.5 كيلومتر

• پست برق قورخانه

فيدر ورودي 63kv قورخانه (اداره برق) – قورخانه به طول 300 متر

فيدر ورودي 63kv مصلي – قورخانه به طول 7 كيلومتر

فيدر خروجي 63kv قورخانه – آزادي به طول 8.8 كيلومتر

فيدر خروجي 63kv قورخانه – تهرانپارس به طول 13 كيلومتر

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 87

پست برق فتح‌آباد

فيدر ورودي 63kv فشاپويه (ري گازي) – فتح‌آباد

فيدر ورودي 63kv ياخچي‌آباد – فتح‌آباد

• پست برق تهرانپارس كه در آينده احداث خواهد شد.

لازم به ذكر است كه فيدرهاي ورودي 63/20kv براي 4 پست برق متروي تهران بصورت كابل زميني مي‌باشد و تنها پست برق فتح‌آباد بصورت خط هوايي مي‌باشد.

نقشه (1) ارتباط پستهاي متروي تهران را نشان مي‌دهد. هر پست برق متروي تهران داراي 2 ترانسفورماتور 63kv به ظرفيت 30MVA مي‌باشد. فيدرهاي ورودي در ابتدا توسط يك بريكر وارد قسمت GIS مي‌شوند و از آنجا هر فيدر روي يك ترانس قرا رمي‌گيرد. ارتباط اين فيدرها برطبق نقشه تك خطي بوسيله يك باس سكشن باد و سكسيونر مي‌باشد كه اين باس سكشن براي توسعه ظرفيت پست و استقرار ترانسفورماتور ديگر قرارگرفته است.

مشخصات بعضي از تجهيزات پست عبارتند از :

بريكر 63kv ورودي از نوع گازي (SF6) با مكانيزم عملكرد پنوماتيك ساخت كارخانه شيان چين يك عدد.

ترانسفورماتور قدرت با نسبت تبديل 63/20kv و ظرفيت 300MVA ساخت كارخانه شانگهاي چين تحت ليسانس ABB به تعداد دو دستگاه.

ترانسفورماتور تغذيه داخلي با نسبت تبديل 20/0.4kv با ظرفيت 250KVA به تعداد دو دستگاه بريكرهاي 20kv ا زنوع گازي كشويي (SF6) به تعداد موردنياز در هر پست.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (1) : لينك پستهاي 20/63 كيلو ولت متروي تهران و نحوه ارتباط آنها با پستهاي تغذيه كننده اداره برق

 

مشخصات فني پستهاي 63kv-GIS

سطح ولتاژ نامي سيستم                                           63kv

حداكثر جريان اتصال كوتاه                                      31.5kA

حداكثر ولتاژ مجاز                                                72.5kv

سطح ولتاژ مجاز عايقي در مقابل ضربه ولتاژ                        352kv

سطح ولتاژ مجاز عايقي در مقابل power frequency                   140kv

فركانس مجاز                                                     50HZ

جريان مجاز باس بار و مدارات خط                            1250A

جريان مجاز ترانسفورماتور                                      800A

مقدار مجاز DI/DT                                              31.5KA

حداكثر جريان مجاز (پيك جريان)                                      80KA

فصل هشتم                                حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 89

فشار (حداقل/نامي) گاز SF₆ در 200º^c براي CB           5/4kgf/cm²=0.5mpa

فشار (حداقل/نامي) گاز SF₆ براي ساير اجزاء         4/3kgf/cm²=0.4mpa

محفظه‌هاي بسته (ENCLOSURE)                    سيلندر فولادي و تماماً سه‌فاز

ولتاژ تغذيه مجاز جهت مدارات كنترل                    110VDC

ولتاژ تغذيه مجاز جهت مدارات كمكي                     (سه‌فاز)400VAC

(تك‌فاز)220VAC

روش جلوگيري از نشت گاز در هر اتصال از محفظه‌هاي بسته توسط يك واشر حلقوي O شكل، ميزان نشت گاز در هر سال          حدود 1%

حفاظت پيلوتي پستهاي 63/20kv متروي تهران بوسيله يك رله اصلي MBCI و چهار رله كمكي MCTH,MCRI,MVTW,MRTP انجام مي‌گيرد همگي رله‌ها ساخت شركت ALSTOM مي‌باشند.

1-8) مشخصات رله حفاظتي سيم پيلوت MBCI

• پايداري بالا برا ي كليه خطاها (خطاهاي سرتاسر خط)
• سرعت عملكرد با لا براي خطاهاي اتفاق افتاده در محدوده حفاظت شده
• همزماني قطع رله‌هاي نصب شده در انتهاي هر خط
• داراي تجهيزات ترانسفورماتور جريان كم
• طراحي شده براي حفاظت يك واحد از فيدرهاي عبوري از رو يا زيرزمين
• مناسب براي پيلوتهاي 1 تا 5/2 كيلواهم با استفاده از ترانسفورماتورهاي جداكننده پيلوت.
• داراي 4 كنتاكت الكتريكي عايق شده از يكديگر
• مي‌تواند بعنوان يك رله جريان زياد با زمان مشخص براي هر حادثه خطاي پيلوت به كار برده شود.
• مدلهاي موجود

MBCI 01

MBCI 02

 

• حفاظت ديفرانس فيدر

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                         صفحه:90

حفاظت ديفرانسيل فيدر به يك مقايسه جريان ورودي و خروجي از منطقه حفاظت شده نياز دارد. براي خطاهاي اتفاق افتاده در محدوده فيدر حفاظت شده، عمل مطلوب و مناسب اين است كه هركدام از ديژنكتورهاي خروجي براي محافظت خط قطع شوند. بنابراين دو رله MBCI براي هر دو سوي خط موردنياز هستند. يك جفت سيم پيلوت براي انتقال اطلاعات بين دو رله به كار رفته‌اند. آنچنانكه هركدام قادر به مقايسه جريان جاري شونده در فاز مربوطه خودش با جريان در فاز ديگر مي‌باشد.

در هر صورت براي آماده‌سازي برداشته شدن و از بين رفتن سريع خطا رله‌ها بايد بصورت همزمان عمل كنند. صرف‌نظر از اينكه خواه جريان خطا از هر دوسوي خط رسيده باشد يا فقط از يك سوي خط، هنگام اعمال كردن اين حفاظت براي خطوط روزميني معمولاً يك ضريب محدودكننده وجود دارد كه آن طول مدارات پيلوت است و برا ي كابلهاي تغذيه‌كننده ضرايب محدودكننده بيشتر سطح جريان شارژكننده و روشن زمين كردن سيتسم مي‌باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (2) : مدار اصلي

مدار حفاظت ديفرانسيل فيدر از بهترين دانش Merz-Price در مورد سيستم جريان جاري شده^ء گردشي اخذ شده است.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 91

شكل (2) ترتيبات مدار اصلي را نشان مي‌دهد. ترانسفورماتور جريان (C.T) افزاينده^ء ₁T در انتهاي هر خط يك جريان تك‌‌فازه^ء متناسب با جريانهاي سه‌فازه^ء افزايش‌يافته در خط محافظت‌شده توليد مي‌كند. قسمت منفي يا نول سيم‌پيچ افزاينده براي آماده كردن حساسيتهاي متنوع و متغير براي خطاهاي زمين بصورت زبانه‌دار و قابل تغيير است.

سيم‌پيچ ثانويه بوسيله يك مقاومت غيرخطي (RVD) يك جريان را به رله و مدار پيلوت بصورت موازي و مساوي ارسال مي‌كند. مقاومت غيرخطي مي‌تواند بعنوان يك غيرهادي در سطوح جريان بار مدنظر قرار گيرد.

تحت شرايط خطاي سنگين اين مقاومت يك جريان اضافي را هدايت مي‌كند و به موجب آن ولتاژ ثانويه ماكزيمم را محدود مي‌كند. در سطوح جريان نرمال و معمولي، جريان ثانويه در دو سر سيم‌پيچ عمل كنند. (عامل) T₀ بر روي ترانسفورماتور ₂T جار مي‌شود و سپس در دو مسير جداگانه تقسيم مي‌شود (يك مسير از مقاومت R₀ و مسير ديگر از سيم‌پيچ مانع Tr از

₂T) كه شامل مدار پيلوت و مقاومت R₀ مربوط به رله كنترل از راه دور است.

حاصل و برآيند جريانهاي جاري‌شده در T_r و T₀ بوسيله سيم‌پيچ سوم بر روي ₂T به مقايسه‌كننده^ء فاز تحويل داده مي‌شود و با ولتاژ دو سر T_t از ترانسفورماتور ₁T مقايسه شده است. emf ظاهر شده در دو سر T_t با ولتاژ دو سر سيم‌پيچ ثانويه T_s كه به نوبه‌ خود و در حقيقت ولتاژ دو سر R₀ هم‌فاز است.

براي به حساب آوردن مقادير نسبي، نسبتهاي سيم‌پيچ و مقادير مقاومت مدار بايد معلوم باشند. مقادير ارسالي براي مقايسه هم‌فازي بصورت زير هستند.

(Ix+2Iy) , (2Ix+Iy)

I_x و I_y جريان‌هاي تغذيه‌كننده خط در هر انتهاي خط يا در هر فاز هستند.

اين اشكال و اصطلاحات داراي علامت مخالف هستند براي مقاديري از I_y كه نسبت به I_x منفي هستند و داراي مقدار I_x5/0 تا I_y2 هستند. سيستم با اين پلارتيه نسبي پايدار است و براي همه مقادير I_y بدون محدوديت عمل مي‌كند.

اگر پيلوتها مدارشان باز شده باشد، جريان ورودي باعث عمل كردن رله خواهد شد. برعكس اگر پيلوتها اتصال كوتاه شده باشند باعث خواهند شد كه رله از بسته شدن آن كنتاكتهايي كه باز هستند جلوگيري كند.

سد عايقي مورد نياز براي سيم‌پيچي ساكن بوسيله ترانسفورماتورهاي ₁T و ₂T فراهم مي‌شود.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 92

مدارات ورودي مقايسه‌كننده فاز براي فركانس قدرت تنظيم شده‌اند بنابراين آستانه عملكرد (اين مدارات) با فركانس افزايش مي‌يابد. اين موضوع موجب مي‌شود رله براي جريان شارژكننده با فركانس زياد گذرا كه در هنگام برقرار شدن خط در آن جاري مي‌شود حساسيت نشان ندهد.

يك مزيت يا برتري بزرگتري ديگر فراهم شده بوسيله ورودي تنظيم‌شده، آن است كه شكل موج سيگنال منتجه، (كه شايد به شدت بوسيله اشباع CT منحرف شده باشد) براي اطمينان بخشيدن از عملكرد بسيار سريع تحت شرايط معكوس بهبود يافته و اصلاح شده است.

به منظور نگه داشتن مشخصات انحراف در مقدار طراحي شده يا در نظر گرفته شده، ضروري است كه مقاومت طول مسير بسته پيلوت kv1 باشد.

يك مقاومت طول مسير پيلوت R_pp به همين منظور در رله قرار داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (3): حفاظت ديفرانسيل فيدر، رله نوع MBCI

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                    صفحه:93

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (4): اتصالات فيدر ترانسفورماتور به رله MBCI

3 ـ 8) رله ناظر MRTP:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (5): رله MRTP

تبادل صحيح اطلاعات در سرتاسر مدار پيلوت براي عمل بجا و مناسب هر حفاظت ديفرانسيل فيدر ضروري است. پيلوتها ممكن است در معرض اتفاقات و آسيبهاي ناشي از خطراتي كه هميشه وجود دارند، قرار بگيرند. اغلب خطاهاي متعارف و معمولي براي پيلوت، شامل باز شدن اجزاء مدار بخاطر حوادث ناشي از حفاري براي پيلوتهاي قرار داده شده در زير خاك يا طوفانهاي ناگهاني آسيب‌زننده براي پيلوتهاي روزميني مي‌باشد.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 94

با وجود پيلوتهاي مدار باز شده، حفاظت ديفرانسيل بي‌ثبات خواهد شد و اگر جريان سرتاسري كافي در حال جاري شدن باشد فيدر را قطع خواهد كرد.

افزودن ناظر پيلوت از قطع شدن به جهت خطاهاي پيلوت جلوگيري نخواهد كرد اما علت آن را نشان خواهد داد.

رله ناظر همچنين اتصال كوتاه و شرايط پيلوتي كه بصورت ضربدري اتصال داده شده است و بصورت ديگري نشان داده نخواهد شد را نمايان مي‌كند. يك سيستم علامت‌دهنده براي نشان دادن افت منبع تغذيه رله^ء ناظر پيلوت فراهم شده است.

شكل (6) رله ناظر پيلوت را در يك مدار پيلوت عايق‌كاري شده براي kv5 نشان مي‌دهد. در اين مورد فيلترهاي تزريقي با رله در يك مجموعه جمع شده‌اند (رله MRTP01 و MRTP02 ) شكل (7) يك ترتيب مشابه را براي مدارات پيلوت عايق‌كاري شده براي kv15 را نشان مي‌دهد ( MRTP 03 )

فيلترهاي تزريقي سپس بعنوان بخشي از ترانسفورماتور جداكننده جمع شده‌اند و يك جدايي و عايقي بين آنها و رله وجود دارد.

ترانسفورماتور جداساز عايقي رله ناظر يك سد عايقي kv15 مورد نياز را فراهم مي‌كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (6): رله^ء نوع MRTP 01

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (7): رله^ء نوع MRTP 03

 

4 ـ 8) رله نشان‌دهنده جريان آني ترانسفورماتور MCTH:

رله MCTH اجازه مي‌دهد كه رله^ء MBCI به فيدرهاي ترانسفورماتور اعمال شده باشد و مانع عملكرد رله MBCI در مدت زمان جريان هجومي (آني) ترانسفورماتور مي‌شود عمل ممانعت كردن براي حالتهاي صفر، بار عادي يا جريان خطاي اصلي صورت نمي‌گيرد در مورد فيدرهاي ترانسفورماتور جائيكه هيچ ديژنكتوري (C.B) ترانسفورماتور را از فيدر جدا نمي‌كند، پديده^ء مغناطيس شدن سريع را بايستي مدنظر قرار داد. اين يك وضعيت گذرا بوده كه ممكن است در لحظه برقرار كردن و انرژي دادن ترانسفورماتور اتفاق بيفتد. جريان آني ترانسفورماتور يك وضعيت خطا نمي‌باشد و بنابراين نيازي به عملكرد تجهيزات حفاظتي نيست بلكه بالعكس تجهيزات حفاظتي بايد در طي مدت جريان آني گذرا در حالت ثبات باقي بمانند.

گنجايش و دربردارندگيي يك رله MCTH (كه براي آماده ساختن يك سيگنال بلوكه‌كننده در مقابل جريان‌هاي آتي ترانسفورماتور طراحي شده است) آن را قادر مي‌سازد كه يك طرح حفاظتي ديفرانسيل سيم پيلوت به يك فيدر ترانسفورماتور اعمال شود.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                         صفحه:96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (8): رله MCTH

 

در جايي كه خط و بنابراين تحريك و القاء ترانسفورماتور مي‌تواند فقط در انتهاي يكي از فيدرهاي ترانسفورماتور به‌وقوع بپيوندد پس يك واحد MCTH فقط بر روي همان سمت مورد نياز است. وقتي كه ترانسفورماتور تغذيه‌كننده برقرار شود هر جريان آني منتجه بوسيله رله MCTH نشان داده خواهد شد و در همين حال واحد بلوكه‌كننده خروجي باعث خواهد شد كه نقطه پيك موج انرژي (pick-up) سيمهاي پيلوت رله ارتباطي ناظر بصورت اتصال كوتاه باشد. اين باعث پايداري رله ديفرانسيل خواهد شد و از واكنش نسبت به آنچه مي‌خواهد جلوگيري مي‌كند در غير اين صورت بصورت خطايي در محل نمايان مي‌شود مصونيت و امنيت براي عملكرد به سبب وجود جريان آني با زمانهاي رفع خطاي سريع بستگي داشته است و نشان‌دهنده‌هاي جريان زياد موجود در رله^ء MCTH به ما اطمينان مي‌دهند كه مشخصه بلوكه‌كننده از اهميت بيشتري برخوردار است. اگر يك خطا در يك فاز نشان داده شده باشد در حاليكه جريان آني در فاز ديگر وجود دارد.

 

 

 

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (9) : مدار عملكرد رله MCTH

5 ـ 8) رله جريان زياد لحظه‌اي و استارت MCRI :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (10): رله MCRI

 

فصل هشتم                                حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                     صفحه: 98

عليرغم اينكه طرح رله ناظر نمايش خطاي پيلوت را فراهم مي‌كند ولي نمي‌تواند از عملكرد حفاظتي اگر جريان اوليه مقدارش بيش از مقدار سيتينگ، در حال جاري شدن باشد جلوگيري كند.

وقتي مشخصه شروع كردن ( starting) به‌كار برده شده باشد. زمان كلي عملكرد طرح حفاظتي بين 3 تا 5 ميلي‌ثانيه افزايش مي‌يابد اين عمل بواسطه رله MCRI انجام مي‌گيرد. رله MCRI يك رله داراي سرعت عملكرد بالا است كه معدوده ستينگ آن پهن و بزرگ است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (11): رله جريان زياد لحظه‌اي نوع MCRI 01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                    صفحه: 99

6 ـ 8) رله تشخيص بي‌ثباتي و قطع داخلي (متقابل) MVTW:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (12): رله MVTW

 

ـ براي استفاده با رله‌هاي سيم پيلوت

ـ حفاظت فيدر در برابر ناپايداريها آنچنانكه يك قطع رخ دهد

ـ Inter tripping:تزريق يك ولتاژ درون مدار پيلوت آنچنانكه يك قطع رخ دهد.

1 ـ 6 ـ 8) رله MVTW 01 :

عملكرد رله بي‌ثباتي نتيجه‌اش را در اتصال كوتاه شدن C.T افزاينده رله ديفرانسيل نشان مي‌دهد و رله محلي از قطع شدن بازداشته مي‌شود. رله كنترل از راه دور سپس يك وضعيت جريان تكفازه غيرمتقارن را احساس كرده و قطع مي‌كند، مشروط بر اينكه جريان سرتاسر خط از سيتينگ خطاي بي‌باري حفاظت تجاوز كند (مراجعه به جدول 5)

 

 

 

 

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (13): رله نوع MVTW 01

زمانهاي عملكرد بصورت نمونه در شكل (14) نشان داده شده‌اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (14) زمانهاي عملكرد رله MVTW 01

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 101

ترمينالهاي 17 و 20 بايد در حالت عادي در رله ناپايداري با يكديگر اتصال داشته باشند از اين‌رو سطح عملكرد تجهيزات كنترل از راه دور مي‌تواند به 2 1 سيتينگ خطاي نرمال كاهش يابد (فقط تحت عملكرد ناپايداري)، اگر اين ارتباط قطع شده باشد، اين امر بايد مورد توجه باشد كه (با قطع ارتباط) اگر رله ناپايداري براي مدت طولاني‌تري نسبت به رله ناظر عمل كند يك تأخير زماني (10 ـ 6 ثانيه) در اعلام خطاي پيلوت پيش خواهد آمد.

2 ـ 6 ـ 8) رله MVTW 03 :

يك دياگرام مداري براي رله MVTW 03 كه كاركردهاي بي‌ثباتي، قطع متقابل داخلي و عملكرد تبديل DC به AC را شرح مي‌دهد در شكل (15) نشان داده شده است در هنگام برقرار كردن رله يك ديود نوري سبز (LED) روشن شده و كنتاكتهاي مربوط به واحد”RL1″ كه در حالت عادي بسته هستند، باز شده و سالم بودن منبع را نشان مي‌دهند و مبدل DC به AC عمل خواهد كرد.

رله MVTW 03 در يك مبدل DC به AC با پل كامل مي‌شود كه سيگنالهاي موج مربع متمم (مكمل) را از مدار نوسان‌ساز در يك فركانس H280 دريافت مي‌كند

اين فركانس براي اين انتخاب شده است كه در يك فاصله به اندازه كافي دور از فركانس پيلوت 50 تا 60 هرتزي قرار دارد و القا يا حذف سيگنال قطع متقابل داخلي را به‌وسيله فركانس ضربه‌اي كه شايد توليد شده باشد موجب نخواهد شد.

مبدل DC به AC (اينورتر) بصورت دائمي و مداوم برقرار است و ترانسفورماتوري را كه پيلوتهاي kv5 را از مدارات ورودي جدا كرده است تغذيه مي‌كند. ترانسفورماتور جريان قطع متقابل داخلي و تغذيه اصلي را براي رله خروجي تأمين مي‌كند (RL2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                        صفحه: 102

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (15): رله نوع MVTM 03

 

قطع متقابل داخلي بوسيله تأمين يك سيگنال قطع (Trip) براي ترمينال 11 كه رله خروجي را برقرار مي‌كند آغاز شده است. سيگنال قطع بوسيله (opto Isolator) از پيلوتهاي kv5 جدا شده است. هنگامي كه رله خروجي (RL2) كمل كرده است رله MBCI محلي، يك ثبات و پايداري را بوسيله اتصال كوتاه ترمينال 18 به 19 بدست مي‌آورد. اين عمل رله كنترل از راه دور MBCI را بي‌ثبات مي‌كند.

اگر سطح جريان بار نسبت به سيتينگ جريان ديفرانسيل بزرگتر باشد رله كنترل از راه دور MBCI قطع مي‌كند. از اين‌رو اگر سطح جريان (بار) نسبت به سيتينگ (جريان ديفرانسيل) كوچكتر باشد رله كنترل از راه دور MBCI قطع نخواهد كرد. براي اطمينان يافتن از اينكه قطع متقابل داخلي رخ مي‌دهد. رله خروجي (RL2) يك جريانmΩA20 قطع متقابل داخلي را در پيلوتها تزريق مي‌كند. رله كنترل از راه دور MBCI جريان قطع متقابل داخلي را همانند يك جريان ديفرانسيلي كه سبب قطع آن مي‌شود را احساس مي‌كند.

7 ـ 8) ترانسفورماتورهاي جداكننده:

ترانسفورماتورهاي جداكننده پيلوت وقتي كه ولتاژ تحريك‌شده مدار پيلوت از kv5 تجاوز كند مورد نياز هستند.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 103

همچنين با بكار بردن ترانسفورماتورهاي جداكننده محدوده مناسب جهت كار پيلوتها مشخص مي‌شود اين محدوده توسط نسبتهاي تطبيق (نسبتهاي هماهنگي) موجود، همانگونه كه در جدول (1) نشان داده شده است قابل دستيابي است.

KM	0.8	1	1.2	1.5	2.5	نسبت هماهنگي
مقاومت مدار بسته	800	1000	1200	1500	2500	Ω
ظرفيت خازني	6.25	5	4.2	3.3	2	μF
ترمينالها	P1-P6	P1-P5	P1-P4	P1-P3	P1-P2

جدول (1)

ـ وقتي كه ترانسفورماتورهاي جداكننده به‌كار نرفته باشند 1 = km است.

ـ مقدار مطلوب براي KM نزديكترين مقدار به RP/ 1000 است كه RP مقاومت مسير بسته پيلوت است.

ـ ترانسفورماتورهاي جداكننده پيلوت دو نوع هستند:

1 ـ ZC 0244-002                                     2 ـ HN 0068-001

8 ـ 8) ولتاژ جريان پيلوت:

تغييرات ولتاژ پيلوتها نسبت به جريان خطا در شكل (16) نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (16) رفتار ولتاژ پيلوت

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 104

براي شرايط بار معمولي دو سوي خط (سرتاسر خط) مقدار پيك ولتاژ پيلوت از v50 شروع شده و به سمت بالا مي‌رود كه براي رله MBCI 01 اين مقدار ماكزيمم v200 و براي MBCI 02 اين مقدار v80 تحت شرايط خطا مي‌باشد. وقتي ترانسفورماتورهاي جداكننده به‌كار رفته باشند اين مقدار ولتاژ پيلوت بوسيله جذر km √چندين برابر مي‌شود جريان پيلوت براي شرايط بار معمولي خط بصورت نمونه‌اي mA30 است و تحت شرايط خطا تا يك مقدار ماكزيمم mA300 بالا مي‌رود.

توجه: رله‌هاي نوع MBCI 01 و MBCI 02 با همديگر سازگار نيستند و هر كدام از رله‌ها بايد شبيه رله سمت ديگر خط باشد.

9 ـ 8) ستينگهاي خطا براي فيدرهاي معمولي:

نسبت براي ستينگ خطاي زمين مورد نياز است، براي كاربرد عادي 3N= است و براي جايي كه ستينگ خطاي زمين پايين مورد نياز است 6 N=در نظر مي‌گيريم، جريان عملكرد مي‌نيمم به فاز يا فازهاي گرفتار در خطا بستگي دارد جدول (2) ستينگها را براي خطاهاي مختلف نشان مي‌دهد.

 

 

 

ستينگها		خطا
6 = N	3 = N
0.12 Ks.In	0.19 Ks.In	A-N
0.14 Ks.In	0.25 Ks.In	B-N
0.17 Ks.In	0.33 Ks.In	C-N
	0.8 Ks.In	A-B
	1 Ks.In	B-C
	0.44 Ks.In	C-A
	0.5 Ks.In	A-B-C

جدول (2)

Ks يك چند برابر كننده ستينگ است كه بين 5/0 تا 2 متغير است.

In جريان نامي رله مي‌باشد.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                       صفحه:105

جريان عملكرد مي‌نيمم به وسيله امپدانس سرتاسري سيمهاي پيلوت هم افزايش خواهد يافت. تأثير ظرفيت خازني پيلوت در شكل (17) نشان داده شده است و مقادير Ks از 5/0 تا 1 براي پيدا كردن ستينگ معادل خطاي موثر در شكل نشان داده شده است.

اين اطلاعات بوسيله تزريق جريان تك فاز بدست آمده است. مقادير Ks براي افزايش مقدار ستينگ وقتي كه درخواست بكارگيري آنها شده باشد آمده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (17): تأثير ظرفيت خازني بر روي ستينگ

 

10 ـ 8) عملكرد مي‌نيمم براي خطاهاي زمين با بار سرتاسري:

تمايل جريان براي جاري شدن در يك سمت جريان عملكرد مي‌نيمم را بار كامل شبكه افزايش مي‌دهد شكل (18) جريان خطاي مي‌نيمم مورد نياز براي سطوح خطرناك از بار سرتاسري را نشان مي‌دهد. بصورت پيش‌بيني شده اگر اولين رله قطع كند دومين رله هم فرمان قطع خواهد داد.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 106

براي اطمينان از اينكه قطع همزمان دو رله اتفاق خواهد افتاد جريان خطاي مي‌نيمم بايد بزرگتر از 2 برابر جريان عملكرد مي‌نيمم نشان داده شده در شكل (18) باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (18): جريان خطاي زمين مي‌نيمم براي بار كامل

 

11 ـ 8) تركيبات سوئيچ‌گيرهاي نوع شبكه‌اي (زنجيره‌اي، مثلث):

رله ممكن است بصورت C.Tهاي موازي همانطوريكه در شكل (19) نشان داده شده است تغذيه شده باشد. اين عمل براي متعادل كردن مقاوم سيم‌ هادي در مسير جريان جاري شده ثانويه، براي اطمينان‌ يافتن از پايداري، براي خطاي سرتاسري بسيار لازم است. اتصال دادن C.Tهاي بصورتي كه در شكل (19) نشان داده شده است نتيجه‌اش را در بدست آوردن تعادلي كه بايد وجود داشته باشد نشان خواهد داد. اين امر هم مهم است كه C.Tها در فازهاي مشابه بايد مشخصات مغناطيسي مشابهي داشته باشند مقاومت R_C.T بايد در محاسبات بعنوان مقاومت يكي از ترانسفورماتورهاي جريان بعلاوه مقاومت يكي از سيمهاي بين دو عدد از ترانسفورماتورهاي جريان كه بصورت موازي متصل شده‌اند به‌كار برده شود. مقاومت RL بايد مقاومت يك هادي از اتصال مشترك ترانسفورماتورهاي جريان تا رله باشد.

 

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                       صفحه:107

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل (19): سوئيچ‌گيري نوع شبكه‌اي

12 ـ 8) ولتاژ تحريك‌شده ماكزيمم مسير بسته پيلوت:

در شرايط مطلوب سيم‌هاي پيلوت را بصورت مارپيچ به همديگر پيچيده مي‌شوند بنابراين ولتاژ تحريك‌شده ماكزيمم مسير بسته پيلوت در يك مقدار مي‌نيمم نگه داشته مي‌شود. سطح مورد لزوم اين ولتاژ سبب مي‌شود عملكرد تغيير كند. به وسيله افزاينده ستينگ K_s همانطوري كه در شكل (20) نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(شكل 20)

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 108

13 ـ 8) اطلاعات فني رله MBCI :

• جريان نامي (In) : 1، 2 يا 5 آمپر
• فركانس نامي : HZ50 يا HZ60
• جريانهاي مقاوم نامي :

ديفرانسيل	طول مدت بر حسب ثانيه
In2	پيوستگي
In45	3
In55	2
In80	1
In100	5/0

جدول (3)

 

• جريان بار مدار : بالاترين بارفاز (با جريان نامي سه فاز)

N=6                                     6 V.A

N=3                                   3.5 V.A

VA 5/0 تحت جريان ستينگ

 

5) منبع تغذيه كمكي :

ولتاژ نامي (vx)	رنج موثر (v)	جريان خروجي (ma)
		ساكن	عملي (عمل‌كننده)
27/24	4/32-2/19	30	27/24
34/30	5/37-24	15	34/30
54/48	72-6/37	15	54/48
125/110	150-5/87	15	125/110

 

 

• پايداري و دوام (در برابر قطع و وصل) :

اتصال زير بار (قطع و وصل زيربار) :       براي حداقل 10000 بار عملكرد طراحي شده است.

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                   صفحه: 109

اتصال بدون بار (قطع و وصل بدون بار) : براي حداقل 100000 بار عملكرد طراحي شده است.

7) زمان قطع (زمان تنظيم مجدد رله) :       كمتر از ms100

• نمايش دادن (نشانگر قطع رله) :

يك ديود نوري (LED) غيرفرار نشان‌دهنده حالت قطع رله به كار برده شده است.

• سطح پايداري (ثبات) :

اين رله داراي پايداري حفاظت براي خطاهاي سرتاسر خط تا In50 است.

• ولتاژ زياد مقاوم (بيشترين ولتاژي كه اين رله مي‌تواند تحمل كند) :

الف) kv2 موثر براي 1 دقيقه بين همه ترمينالها و مجموعه قسمت زمين

ب) kv2 موثر براي 1 دقيقه بين تمام ترمينالهاي مدارات غيروابسته با ترمينالهاي هرمدار غيروابسته متصل شده با يكديگر.

ج) kv5 موثر براي 1 دقيقه بين ترمينالهاي پيلوت و تمامي ترمينالهاي ديگر و مجموعه قسمت زمين.

ه) kv1 موثر براي 1 دقيقه در تمام قسمتهاي كنتاكتهايي كه در حالت عادي باز هستند.

IEC 60255-5:19077 استاندارد

• محيط الكتريكي (محدوده الكتريكي) :

الف) قطعي منبعDC : اين واحد در صورت بروز قطع شدگي عادي كمتر از ms10 منبع كمكي را براي تامين برق رله وارد مدار مي‌كند.

IEC 60255-11:1979 استاندارد

ب) موج AC سوار شده بر روي منبع DC :

IEC 60255-11:1979 استاندارد

مقدار ريپل AC سوار شده بر روي موج DC نبايد بيش از 12% باشد.

ج) مزاحمت گذاري سريع :

ولتاژ kv4 و KHZ5/2 كه بصورت مستقيم براي منبع كمكي آماده شده است :

IEC 60255-22-4:1992     استاندارد

فصل هشتم                                     حفاظت پيلوتي پستهاي اختصاصي مترو                                       صفحه:110

ولتاژ kv4 و KHZ5/2 كه براي همه وروديها آماده شده است.

IEC 61000-4-5:1995 استاندارد

د) امنيت در برابر موج ضربه‌اي :

IEC 61000-4-5:1995 استاندارد

2 kvو 1.2/50 μ sبين تمام گروهها و مجموعه قسمت زمين

ه) امنيت (ايمني) ساخت :

دستور (امريه) كميسيون اروپا درباره ولتاژ كم (L.V) بايد اجابت شود. به وسيله مراجعه به استانداردهاي ايمني و عمومي.

73/23/EEC استاندارد

EN 61010-1 : 1993/A2:1995 استاندارد

EN 60950: 1992/A11:1997 استاندارد

و) دماي محيطي :

1) درجه حرارت

SEC 60255-6 : 1988 استاندارد

دماي موقت (عبوري)    ºc70 + تا ºc 25-

دماي در حال كار ºc 55 + تا ºc 25-

2) سرما (دماي كاربرد درهواي سرد)            IEC 60068-2-1 : 1990 استاندارد

3) گرماي خشك (دماي كار در گرماي خشك)    IEC 60068-2-2 : 1974 استاندارد

4) رطوبت :                                  IEC 60068-2-3 : 1969 استاندارد

5) حفاظت اضافي :                          IEC 60529 : 1989 استاندارد

حفاظت شده در برابر گرد و غبار

6) لرزش :                     IEC 60255-21-1 : 1988 استاندارد

داراي حساسيت كلاس “1” است.

ابع :

1- حفاظت سيستم هاي قدرت صنعتي                                         مولف : T.Davies

ترجمه : دكتر صادق جمالي

2- حفاظت و رله ها                                                               مولف : دكتر حسين عسگريان ابيانه و مهندس                                                                                               مهدي جلودار

3- رله و حفاظت سيستم ها                                                     مولف : مسعود سلطاني

4- هنر و دانش رله گذاري حفاظتي                                              مولف :سي راسل ميسن   ترجمه : پرويز پير

5- رله هاي حفاظتي در پستهاي فشار قوي                                   مولف : مهندس محسن سليماني

6- استانداردهاي برق ايران                                                     توانير

7- جزوات و داكيومنتهاي شركت آلستوم و سايت مربوطه

8- آرشيو فني شركت راه آهن شهري تهران و حومه ( مترو)

9- سايتهاي مرتبط