خانه » کارشناسی ارشد و دکتری » مهندسی برق » اصول ساختمانی رله های حفاظتی

مهندسی برق

اصول ساختمانی رله های حفاظتی

09/01/2022

175 نمایش 0

ذخیرهذخیرهحذف شده 0

رله ها در ولتاژ و جریان بالا کار نمی کنند و ولتاژ و جریان ناشی از اتصال کوتاه توسط وسایلی مانند ترانسفورماتور ولتاژP.T و جریانC.T تبدیل به مقدار کمتری می شوند و رله ها باآن ولتاژ و جریان کم کار می کنند.به لحاظ نوع حفاظت لازم است ازC.Tها یاP.Tها یا ترکیبی از این دو استفاده شود.در اینجا به اصول ساختمانی انواع رله ها که طبیعتاً رله جریان زیاد نیز جزو آنهاست پرداخته می شود.

الف)رله های جریانی: این رله ها دریک مقدار مشخص جریان(تنظیم جریانی) که قبلا معین شده  است کار می کنند.رله های جریانی شامل رله های جریان زیاد و جریان کم هستند.

ب)رله های ولتاژی:این رله ها در یک مقدار مشخصی از ولتاژ(تنظیم ولتاژی)که قبلا معین شده است شروع به کار می کنند.رله های ولتاژی نیز همانند رله های جریانی به رله های ولتاژ زیاد و رله های ولتاژ کم تقسیم می شوند.

ج)رله های توان:این رله ها براساس یک میزانی از قدرت عمل می کنند.رله های توان به دو دسته قدرت کم و قدرت زیاد تقسیم می شوند.

د)رله های جهت دار:

-جریان متناوب:این رله ها بر اساس ارتباط زاویه فاز بین کمیت های آن عمل می کنند.

-جریان مستقیم:رله های جهت دار براساس جهت جریان عمل کرده و معمولا رل های با مغناطیس دایم و سیم پیچ متحرک هستند.

ه)رله های فرکانسی:رله های فرکانسی براساس فرکانس از قبل تعیین شده عمل می نمایند.این رله ها شامل کم و فرکانس زیاد هستند.

و)رله های حرارتی:رله های حرارتی بعنوان عناصر حفاظتی در یک درجه حرارت تعیین شده عمل می نمایند.

ز)رله های تفاضلی:عملکرد این رله ها براساس تفاضل مقداری یا برداری دو کمیت همچون جریان الکتریکی یا ولتاژ استوار است.

ح)رله های دیستانس:رله های دیستانس بر طبق فاصله بین ترانسفورماتورهای حفاظتی و خطاعمل می کنند.به عبارت دیگر فاصله به کمیتهایی چون مقاومت ، راکتانس یا امپدانس، تبدیل شده و اندازه گیری می شود.

رله زمانی (تایمر)و انواع آن

یکی از وسایل فرمان دهنده مدار های کنترل اتوماتیک ،تایمر ها یا رله های زمانی هستنند که وظیفه کنترل مدار را برای مدت زمان معینی بر عهده دارند.اصول کار رله ها همانند کنتاکتور ها است با این تفاوت که در رله ها:1-تمام کنتاکت ها از لحاظ فرم ظاهری شبیه هم هستنند و در مدار های فرمان شرکت می کنند .2 کنتاکت ها بنا به مقتضیات کار ممکن است به طور لحظه ای یا با تاخیر زمانی قطع و وصل شوند . در این صورت نام رله ،رله لحظه ای یا رله با تاخیر زمانی خواهد بود.3-رله ها همچنین ممکن است دارای کنتاکت های لحظه ای یا با تاخیر زمانی باشند.البته منظور از تاخیر زمانی فاصله زمانی است که بین عمل کنتاکت (اعم از باز شدن یا بسته شدن) از لحظه اتصال سیم پیچ رله به ولتاژ به وجود می آید.تا کنون در صنعت برق رله های زیادی ساخته شده اند که مشخصات مختلفی داشته و هر یک برای کار بخصوصی مورد استفاده قرار می گیرند.برای مثال در انتقال انرژی و حفاظت خطوط ،از یک رله خاص استفاده می کنند.یک جور رله دیگر که مشخصات بخصوص دیگری دارد در صنعت نساجی و رله دیگر در جای دیگر…

1-رله زمانی موتوری یا الکترو مکانیکی

 این رله بر اساس ساعتی کار میکند که محرک چرخ دنده های آن موتور آسنکرو سنکرو و بیشتر موتور با قطب چاکدار است می باشد.اصول کار آن به این صورت است که دور موتور توسط یک سیستم چرخ دنده کاهش می یابد بطوری که در نهایت ،آخرین چرخ دنده کنتاکت را خیلی به آرامی با یا بسته می کند. زمان شروع رله از لحظه راه اندازی موتور محسوب می شود.توسط این رله می توان زمان هایی از حدود ثانیه تا حدود ساعت ،و حتی روز و هفته تنظیم نمود.محل دیسک در لحظه شروع به کار ،قابل تنظیم است و پس از تنظیم زمان آن (توسط زایده خارجی) و تغذیه تایمر ،موتور با دور ثابت به حرکت در می آید و با گردش موتور ،زمان تایمر شروع می شود. پس از گردش ،به علت برخورد با زایده دیسک ،متوقف می شود و به میکرو سویچ داخلی فرمان می دهد و کنتاکت های تایمر عمل می کنند و به طور اتوماتیک قطع می شوند و موتور یا هر وسیلهء دیگر از کار می افتد.البته رله های جدیدی است که هنگام عمل کنتاکت بازی را بسته و کنتاکت بسته ای را باز می کند و می توان موتوری را خاموش یا روشن کرد یا نیرو را از مو توری به موتور دیگر انتقال داد .

2-رله زمانی الکترونیکی

 از تایمر های الکترونیکی برای تنظیم زمان های کمتر از ثانیه تا چندین ثانیه استفاده می شود. در ساختمان این تایمر ها ،از مدار ها و اجزای الکترونیکی استفاده می شود.در در نوعی از این تایمر ها با شارژ و دشارژ شدن یک خازن بوبین یک رله کوچک تحریک می شود. اصول ساختمان رله الکترونیکی بر مبنای مدار RC (خازن و مقاومت)و بر حسب تاخیر زمانی استوار است .تنظیم این نوع تایمر ها بستگی به مقاومت سر راه خازن دارد.در ساده ترین نوع تایمر الکترونیکی در تایمر نوع خازنی ،رله هنگامی وصل می شود که خازن شارژ بشود و ولتاژ دوسر آن برابر ولتاژ وصل رله گردد.پس از وصل رله ،با ذخیره شدن در خازن روی مقاومتی که توسط کنتاکت باز رله به دو سر خازن وصل می شود تخلیه می گردد.در این نوع با تعغیر ظرفیت خازن می توان زمان تایمر را تنظیم کرد.

3-رله زمانی نیو ماتیکی

در این رله ا خاصیت ذخیره سازی و فشردگی هوا استفاده می شود .به این ترتیب که رله هنگام رها شدن،خیلی راحت رها می شود.وقتی که بوبین تحریک قسمت متحرک را جذب می کند ،اهرم،قطعه ای را که به شکل دم آهنگری است فشار خواهد داد .هوای دم از طیق سوپاپ یک طرفه خارج می شود. وقتی که بوبین از تحریک خارج می شود ،فنر دم را منبسط می کند .دم از طریق سوپاپ تنظیم ،از هوا پر می شود.سرعت انبساط دم در رابطه با پیچ تنظیم تفاوت می کند وقتی که دم به حالت عادی برگشت ،کنتاکت ها عمل می کنند.بنابراین به وسیله تنظیم کردن پیچ تنظیم ،عمل کردن کنتاکت ها را می توان تعقیر داد.کار این زمان سنج شبیه تایمر موتوری است ؛با این تفاوت که زمان سنج موتوری پس از تنظیم و وصل بوبین آن به ولتاژ شروع به کار می کند،ولی زمان سنج نیو ماتیکی پس از قطع بوبین آن از ولتاژ شروع به کار می کند.

4-رله زمانی بی متال یا حرارتی (تایمر حرارتی)

این نوع تایمر با استفاده از خاصیت بی متال کار می کند و در انواع رله ذوب شونده ،رله حرارتی بی متال و رله حرارتی منعکس کننده میله ای ساخته می شوند.زمانی که جریان از بی متال عبور می کند گرم میشود و پس از مدتی در اثر تعقیر شکل عمل کرد مدار را قطع یا وصل میکند.دقت این نوع تایمر زیاد نیست و آب و هوای محیط بر روی آن اثر می گذارد به طور کلی می توان رله های زمانی را به دو دسته تقسیم کرد:

 الف-رله های تاخیر در وصل(ON-DELAY) :به رله ای گفته می شود که باید به رله انرژی داده شود و سپس رله عمل کرده کنتاکتی را باز یا بسته کند؛مثل رله زمانی موتوری.

ب-رله تاخیر در قطع(OFF-DELAY) :به رله ای گفته می شود که بعد از قطع شدن انرژی عمل کرده کنتاکتی را باز یا بسته کند؛مثل رله نیو ماتیکی.

5-رله زمانی هیدرو لیکی

در این رله ها از سیستم هیدرو لیکی جهت تاخیر در مدار استفاده می شود. طرز کار آن طوری است که وقتی جریان برق به رله وصل می شود ،مقداری روغن در داخل آن جابهجا می شود.برای بازگشت روغن به مکان اولیه زمانی لازم است که این زمان را به عنوان زمان تایمر در نظر میگیرند.این رله ها را در مدارهای مختلف به کار می برند.اگر کسی از دوستان توضیح بیشتری در ارتباط با این رله دارد لطفا ارائه بده تا مطالب کامل تر شود.

رله اضافه بار(حرارتی یا بیمتال)

دستگاه های الکتریکی را باید در مقابل خطرات و خطاهای احتمالی حفاظت کرد.یکی از راه های حفاظت موتورهای الکتریکی ،استفاده از رله حرارتی و رله مغناطیسی است رله حرارتی موتور را در مقابل اضافه بار حفاظت میکند.رله اضافه باری جهت کنترل جریان موتورهای الکتریکی بکار میرود و یک نوع رله حفاظتی است.این رله از دو فلز مختلف الجنس که ضرایب انبساط طولی مختلفی دارند تشکیل شده است. به اطراف این دو فلز به هم چسبیده ،یک رشته سیم حامل جریان الکتریکی پیچیده شده را طوری تنظیم کرد که در اثر افزایش کم جریان ،دستگاه مربوطه بدون دلیل و به سرعت قطع نشود با استفاده از این منحنی ها همچنین می توان آنرا طوری تنظیم کرد که زمان قطع زیاد شده و عبور جریان اضافی موجب صدومه به دستگاهژ نشود.شرایط کار این رله ها از(20-)درجه تا (60+)درجه سانتی گراد متغیر است .

رله مغناطیسی

رله مغناطیسی نیز برای کنترل جریان به کار می رود . اصول کار این رله بر اساس پدیده مغناطیس پایه گذاری شده است .از این رله برای قطع جریان های اتصال کوتاه استفاده می شود.می دانیم که یک اتصال کوتاه باید سریع قطع شود بنابر این در چنین موقعیتی نمی توان از رله اضافه باری(حرارتی)استفاده نمودچون گرم شدن بیمتال رله به یک زمان نسبتا طولانی نیاز دارد.این رله از یک هسته مغناطیسی که اطراف آن چند دور سیم پیچیده شده تشکیل گردیده است.عبور جریان اتصال کوتاه باعث مغناطیس شدن و جذب اهرم قطع می شود.این رله را به طور مجرا به ندرت مورد استفاده قرار می دهند و در کلیدهای اتوماتیک از آنها بهمراه رله های حرارتی بهره می گیرند.

رله دیستانس

مدل شبیه سازی رله ها بسیار پیشرفته است .که شامل مدل سازی اضافه جریان و حفاظت دیستانس و شناسایی نوسانات و امکان اتوماتیک بستن است .که هر کدام از آنها به صورت مجزا در زیر توضیح داده می شود .وقتی یک سیگنال قطع از یک سیستم حفاظتی می رسد پس از یک زمان تاخیری می رسد و همچنین زمان لازم برای باز شدن بریکردر نظر گرفته می شود و این تاخیر رله های اضافه جریان نیز در اینجا مدل سازی شده است.وهمچنین مدلهای رله های حفاظتی اضافه- کاهش ولتاژ موجود است که در قسمتهای بعد توضیح داده می شود .

بریکرها

جریان عبوری از بریکرها را نمی توان بر روی صفر تنظیم کرد. هنگامی که بریکر ما باید باز شود منجر به حل یک ماتریس ژاکوپین غیر قابل حل می شود. بنابراین جریان روی بریکرها در هنگام بسته بودن در مقدار خیلی کمی تنظیم می شودکه در حدود e-5 ×1 است و این آنقدر کم است برای نتیجه شبیه سازی ما مشکلی ایجاد نمی کند .

رله های اضافه جریان

رله های اضافه جریان معکوس با زمان و زمان ثابت داریم, مشخصات قطع این رله ها در شبیه سازی به کار می رود . این رله ها دارای یک ورودی جریان است که امپدانس را اندازه گیری می کنند و دارای سینگال جهت یاب هستند که اطلاعاتی درباره جهت عبوری انرژی به ما می دهد .

1-زمان ثابت

اگر مقدار جریان بیشتر از مقدار تنظیم شده برای رله باشد تایمر ما شروع به کار می کند . اگر زمان تایمر ما به زمان تنظیم شده برای قطع برسد سینگال قطع به خروجی داده می شود و می توان از قسمت قدرت رله برای باز کردن مدار استفاده کرد . زمان رله, زمان ثابت بیشتر از زمان تنظیم شده ماکزیمم زمان ذونها در رله دیستانس است برای جلوگیری از تداخل با امپدانس اندازه گیری شده .

2-زمان معکوس

اصول کلی آن قبلا توضیح داده شده و زمان قطع آن متفاوت است . زمان آن بسته به جریان است و هر چه جریان ما بیشتر باشد زمان قطع سریعتر است . اگر رله زمان-معکوس اضافه جریان برای مدت کوتاهی به کار انداخته شود و بعد از آن سینگال تایمر آن قطع شود مثلا به دلایلی دیگر احتیاج به عمل کرد این رله نباشد, زمان تایمر رله بر روی صفر تنظیم نمی شود بلکه صورت خیلی آهسته به سوی صفر برمیگردد.علت آن این است که عمل کردهای قبلی سیستم باید در آن ذخیره شود.عمل کرد اضافه جریان طوری ساخته شده است که یک حفاظت پشتبان است و هنگامی که دیستانس ها عمل می کند نباید هیچ واکنشی دهد .

رله های اتوماتیک قطع و وصل کردن  Auto reclosing

80% خطاهای خط انتقال هنگامی که خط از مدار خارج می شود از بین می رود و اینگونه خطا ها به صورت گذرا هستند مثل صاعقه و درختان و شبیه اینها, هنگامی که خط از مدار خارج شود این خطا نیز رفع می شود و بعد ازآن دوباره می توانیم خط را وصل کنیم و به همین دلیل ما از ریکلوزها استفاده می کنیم .این کلیدها پس از باز شدن زمانی را صبر می کنند به عنوان مثال msee 600 و سپس کلید دوباره بسته می شود. اگر این کار با موفقیت انجام شد خط به حالت عمل کرد عادی خود بر می گردد و خطا رفع شده است و اگر این عمل موفقیت آمیز نبود رله دوباره فرمان قطع به بریکر می دهد و آن را باز می کند و خط از مدار خارج می شود تا مشکل خطا رفع شود و رله را به صورت دستی خاموش می کنند . بستن ریکلوزها بیش از سه بار بسیار خطرناک است و باید در یک محدوده مجاز انجام شود و این فرض وجود دارد که بیش از دو بار ممکن است موفقیت آمیز باشد یا ممکن است خسارتی به تجهیزات ما وارد کند و عمر آن را کم شود .

منطق عملکرد Autoreclosing

ریکلوزها ما فقط موقعی کار می کنند که خطای تشخیص داده شده در قسمت حفاظت اصلی ما رخ داده و درناحیه اول بوده و ناشی از اضافه جریان نباشد. در حالتهایی که خطای اتفاق افتاده شد خیلی پیچیده و خیلی بزرگ باشد از عمل کرد ریکلوزها جلوگیری می شود.در واقع ریکلوزرها قسمتی از رله است و کلید جدا گانه نیستند.در اینجا این نوع عملکرد رله شبیه سازی می شود . هنگامی که بریکر باز می شود و تایمر شروع به کار می کند بعد از یک پریود زمانی ms600 بریکر دوباره بسته می شود . اگر خطا باز هم وجود داشته باشد رله دوباره عمل می کند و بریکر را باز می کند در غیر این صورت بریکر بسته می ماند و رله به کار خود ادامه می دهد.

برای مشاهده کتاب حفاظت و رله ها، اینجا کلیک کنید.

برای مشاهده کتاب اصول رله گذاری حفاظتی، اینجا کلیک کنید.

برای مشاهده کتاب تجربیات عملی تنظیمات رله های حفاظتی شبکه های انتقال و فوق توزیع، اینجا کلیک کنید.

برای مشاهده کتاب راهنمای رله و حفاظت اشنایدر (مشتمل بر کدهای ANSI رله های حفاظتی)، اینجا کلیک کنید.