در ترانسفورماتور ممکن است خطرات زیادی اتفاق بیافتد مثلاً اتصال کوتاه یا اتصال شبکه یا اضافه بار و … که برای حفاظت از وسایلی به نام رله استفاده می‌کنیم . رلهها در خطوط وظیفه حفاظت از سیستم را دارند که هر جزء از شبکه الکتریکی، دچار خطا یا اتصالی شده را در کم‌ترین زمان ممکن از مدار خارج سازد. به شکلی که احتمال خطراز بین رفته و کوچکترین بخشی از شبکه الکتریکی مجزا گردد.
سیستم‌های حفاظتی نقش اساسی در ایمنی، پایداری و قابلیت اطمینان سیستم برق رسانی را عهده‌دار بوده و از شروع یا گسترش دامنه خسارت ناشی از خطاهای مختلف جلوگیری می‌نمایند همچنین عملکرد مناسب و انتخاب سیستم حفاظتی باعث کاهش سطح خاموشی می‌شود . چرا که حداقل ناحیه‌ای را که برای رفع عیب کافی است از شبکه جدا نموده و باعث تداوم برق رسانی به قسمت‌های دیگر شبکه می‌شود.
اجزاء اصلی یک سیستم حفاظتی :
یک سیستم حفاظت شامل رلهها در خطوط ،ترانس‌های جریان و ولتاژ و کلیدها هستند که اختلال یا عدم کارکرد صحیح هر یک از این اجزا باعث عملکرد نادرست سیستم حفاظتی می‌گردد.
رلهها :
رلهها دستگاه‌هایی هستند که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مانند ولت و جریان و یا کمیت فیزیکی مانند درجه حرارت و حرکت روغن تحریک شده و باعث بکار افتادن دستگاه‌های دیگر ونهایتاً قطع مدار به وسیله کلید قدرت می‌گردد به طور کلی رلهها وظیفه شناسایی خطا را بر عهده داشته و مهمترین جزء یک سیستم حفاظتی میباشند.
ساختار عملکرد رلهها :
رلهها از نظر تکنولوژی ساخت به سه نوع الکترومکانیکی، استاتیکی و دیجیتالی تقسیم می‌گردند نوع الکترومکانیکی رلهها در حال جایگزین شدن با انواع دیجیتال بوده و استفاده از آن‌ها بسیار محدود شده است در نوع استاتیکی طراحی بر مبنای ادوات الکترونیکی آنالوگ بوده و لذا فاقد امکان برنامه‌ریزی میباشند در نوع دیجیتال از پردازنده جهت آنالیز جریان خطا و اعمال فرمان مناسب استفاده می‌شود .
با توجه به این امر امکان برنامه‌ریزی رله و داشتن چندین مشخصه عملکردی متفاوت امکان‌پذیر خواهد بود دراین نوع رلهها چندین عملکرد مختلف که پیش از آن به کمک رله‌های مجزا انجام می‌گرفت را می‌توان به صورت مجتمع در یک رله قرار داد که البته این امر می‌تواند باعث کاهش قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی گردد . با این حال استفاده از رله‌های دیجیتال در حال حاضر گزینه اصلی حفاظت بوده و پیشنهادات بر این مبنا ارائه می‌شوند.
حفاظت ترانسفورماتور :
برای اینکه برق از نیروگاه بدست مصرف کننده برسد باید 5 الی 6 بار برق را کاهش دهیم در نتیجه ترانس اهمیت بسزایی بعد از ژنراتور دارد حال به بررسی رله‌های محافظت کننده ترانس می‌پردازیم.
رله اضافه جریان :
متداول‌ترین نوع رله که در شبکه استفاده می‌گردد رله جریان زیاد است چون جریان بهترین پارامتر برای تشخیص خطا است و ملاک عملکرد رله اضافه جریان افزایش نامعقول جریان است بدین صورت که اگر جریان در خط مربوطه از حدی که رله اضافه جریان برای آن مقدار تنظیم شده است بیشتر شود و یا اتصالی بین دو فاز و سه فاز بین خطوط انتقال پیش آید رله تحریک شده و با فرمانی که به کلید قدرت می‌دهد باعث قطع خط مورد نظر می‌گردد.
برای تحریک رله اضافه جریان احتیاج به ترانسفورماتور جریان می‌باشد. این ترانس جریان خط را متناسب به نسبت تبدیل آن به رله انتقال داده و سبب تحریک آن می‌شود. رله‌های اضافه جریان دارای دو تنظیم زمانی و جریانی میباشند به کمک تنظیم جریان می‌توان حد جریان شروع عملکرد رله را تنظیم کرد و به کمک تنظیم زمانی هماهنگی بین رله‌های مختلف امکان‌پذیر می‌گردد.
رله اتصال زمین :
وظیفه این رله تشخیص هر گونه اتصالی بین هر کدام از فازها با زمین و یا دو و سه فاز با زمین نیز می‌باشد رله‌های اتصال زمین نسبت به رله‌های اضافه جریان حساس‌تر میباشند و هر گاه یکی ازفازها به زمین اتصال یابد رله اتصال زمین همراه با رله اضافه جریان همان فاز عمل می‌نماید . برای هر سه فاز احتیاج به یک رله اتصال زمین می‌باشد.
رله اتصال زمین محدود :
رله دیفرانسیل معمولاً تا 80% ترانسفورماتورهای قدرت را می‌تواند حفاظت نماید. چون کل سیم پیچ ترانس در مقابل اتصال زمین مصون نیست بنا بر این از رله اتصال زمین محدود استفاده می‌کنیم . رله اتصال زمین محدود مجموع جریان سه فاز را با جریان محل ( اتصال زمین مرکز ستاره ) زمین می‌سنجد. تفاوت این رله با رله اتصال زمین این است که رله اتصال زمین محدود اتصالی‌های بین نقطه صفر ستاره تا جریان خط مربوطه را تشخیص می‌دهد . اما رله اتصال زمین اتصالی‌های بین هر کدام از فازها با زمین را تشخیص می‌دهد.
رله دیفرانسیل :
رله دیفرانسیل بر پایه جمع جبری جریان‌های ورودی و خروجی در منطقه حفاظت شده عمل می‌نماید در حالت عادی جریانی که به یک نقطه وارد می‌شود برابر با جریانی است که از آن خارج می‌گردد بنابراین تفاضل آن‌ها صفر بوده و جریانی از رله نمی‌گذرد. اگر در نقطه حفاظت شده اتصالی رخ دهد قسمتی از جریان به سمت نقطه اتصالی ریخته و جریان خروجی کمتر از جریان ورودی است.
بنابراین جریانی از رله عبور می‌کند که اگر این جریان تفاضلی بیشتر از مقدار تنظیم شده باشد رله فرمان قطع را صادر می‌کند این نوع حفاظت در اکثر قسمت‌های سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. قابل ذکر است که این نوع حفاظت اضافه بار یا اتصالی‌های خارج از منطقه حفاظت شده را نمی‌بیند . و همچنین این رلهها اتصالی‌های بین دوره‌ای سیم پیچی در موتورها، ژنراتورها و ترانسفورماتور را تشخیص نمی‌دهد.
رله ولتاژ :
رله‌های ولتاژی به دو نوع ولتاژ کم و ولتاژ زیاد تقسیم می‌شوند. که در حالت‌های نقصان و ازدیاد ولتاژ در شبکه عمل می‌نمایند این رلهها حالت عدم تقارن ولتاژ در سه فاز سیستم را حس نموده وفرمان‌های کنترلی لازم را صادر می‌کنند.
رله ولتاژ کم : رله‌ای است که با کاهش ولتاژ مجموعه‌ای از کنتاکت‌ها را متصل می‌کند و به دو نوع تقسیم می‌شوند:
- رله با تأخیر زمانی: تنظیم ولتاژ با تپ‌های گسسته قابل انجام است و زمان تأخیر در ارسال فرمان قطع نیز قابل تنظیم می‌باشد.
- رله آنی: در این حالت نیز تنظیم تپ‌های ولتاژ وجود دارد و زمان در یک محدوده کوچک قابل تغییر می‌باشد.
رله ولتاژ زیاد : رله ولتاژ زیاد در مقابل افزایش ولتاژ عمل نموده و فرمان‌های کنترلی را صادر می‌نماید. این نوع رلهها در موارد زیر بکار می‌رود:
- حفاظت سیستم در مقابل اضافه ولتاژ: این رله می‌تواند در مقابل افزایش ولتاژ، سیگنال خبر دهنده ارسال کند و یا در صورت لزوم بارها و مدارهای حساس به ولتاژ را قطع نماید و از صدمه دیدن آن‌ها جلوگیری نماید.
- عدم تقارن ولتاژ فازها: رله ولتاژ عدم تقارن در فازها را در حالت اتصال کوتاه و اشکال در فیوز ثانویه ترانس ولتاژ حس می‌کند که این کار با اندازه گیری توالی صفر و منفی ولتاژها انجام می‌گیرد . رله عدم تقارن ولتاژ برای ایزوله کردن رلهها یا وسایلی که با قطع ولتاژ در یک یا هر سه فاز ثانویه ترانس ولتاژ یا وجود اشکال در فیوز ثانویه ترانس ولتاژ نادرست عمل می‌کنند ، بکار می‌رود.
رله دیستانس :
رله دیستانس نامی عمومی برای رله‌های امپدانسی است که از ورودی‌های جریان و ولتاژ استفاده کرده و یک سیگنال خروجی را تهیه می‌نمایند . فرمان قطع زمانی صادر می‌شود که فاصله نقطه خطا از محل نصب رله کوچک‌تر از یک مقدار مشخص باشد . این نوع رله بطور گسترده‌ای برای حفاظت خطوط مورد استفاده قرار می‌گیرد . رله دیستانس همچنین برای حفاظت اتصال حلقه به حلقه سیم پیچی‌های ترانس قدرت نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
نحوه عملکرد رله دیستانس :
این رله جریان و ولتاژ خط را می‌گیرد و بر هم تقسیم کرده تا امپدانس خط را به دست آورد. امپدانس به دست آمده را در هر لحظه با مقدار واقعی یا طبیعی می‌سنجد . اگر مقدار امپدانس به دست آمده از مقدار طبیعی کمتر باشد . رله تشخیص خطا می‌دهد یا به عبارتی یک خطا یا اتصال کوتاه پیش آمده را تشخیص می‌دهد در نتیجه تمام امپدانس‌های خط را بای پاس کرده به همین دلیل به این رله، رله دیستانس یا فاصله می‌گویند زیرا امپدانسی که اندازه گیری می‌کند متناسب است با فاصله رله از محل اتصال کوتاه .
رله اضافه شار ( اضافه تحریک ) :
از آنجا که شار هسته ترانسفورماتور وابسته به نسبت ولتاژ به فرکانس است رله اضافه شار نیز بر مبنای اندازه گیری نسبت ولتاژ به فرکانس ( V/Hz ) عمل می‌نماید این رله دارای مشخصه عملکرد زمان معکوس می‌باشد به این معنی که برای تغییرات زیاد (V/Hz ) در زمان کوتاه‌تری عمل می‌کند و تغییرات کوچک ولتاژ به فرکانس دارای تأخیر بیشتری خواهد بود از آنجا که فرکانس در شبکه تقریباً ثابت است لذا افزایش ولتاژ در شبکه به معنی افزایش شار خواهد بود به همین دلیل در بسیاری از موارد به جز ترانسفورماتورهای نیروگاهی از این نوع رله استفاده نمی‌شود .
رله فرکانسی :
این رلهها برای اندازه‌گیری و نظارت بر روی فرکانس شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند این رلهها به کاهش یا افزایش فرکانس و یا نرخ تغییرات فرکانس حساس میباشند. کاربرد رله‌های فرکانسی پایین زمانی است، که در یک شبکه بارها بطورمستقل توسط ژنراتورهای داخلی و یا با ترکیب ژنراتورها و خطوط ارتباطی با شبکه‌های دیگر تغذیه می‌گردند. زمانی که یک ژنراتور به طور ناگهانی از شبکه خارج می‌شود. رله‌های فرکانسی پایین به طور اتوماتیک تعدادی از بارها را خارج نموده تا مصرف با باقی مانده تولید هماهنگ شود.
رله سنکرونیزم :
این رله زمانی بکار می‌رود که دو یا چند فیدر به یک باس مشترک متصل می‌گردند. اتصال موفقیت آمیز دو منبع به یکدیگر بستگی به اختلاف دامنه‌های ولتاژ طرفین زاویه‌های فاز و فرکانس‌های دو منبع در زمان اتصال دارد. رله کنترل سنکرونیزم در صورت نزدیک بودن مقادیر دو طرف اجازه اتصال را خواهد داد . رله سنکرون کننده رله‌ای است که در رابطه با اتصال ژنراتور به شبکه و یا اتصال دو شبکه مجزا مورد استفاده قرار می‌گیرد .
این رله سنکرون کننده برای کنترل یک یا چند کلید در یک نیروگاه و ارتباط با سیستم کنترل نیز بکار می‌رود . برخلاف رله کنترل سنکرونیزم رله سنکرون کننده می‌تواند فرمان وصل کلید را در نقطه دقیق سنکرونیزم صادر نماید. سنکرون کردن دستی نیازمند آموزش استفاده از قدرت تشخیص تجربه و دقت کافی از طرف اپراتوراست کلیدها و ژنراتورها در صورت عدم دقت اپراتور دچار صدمه می‌شوند . بنابراین وصل کلید تنها وقتی که رله سنکرونیزم اجازه دهد صادر می‌گردد.
رله کنترل سنکرونیزم برای نظارت بر اتصال دستی کلید بکار می‌رود. بنابراین اپراتور مقادیر سنکرونیزم را کنترل کرده و بطور دستی فرمان وصل می‌دهد. ولی کنتاکت باز رله سنکرونیزم که به صورت سری قرار گرفته است از اتصال جلوگیری می‌کند کنتاکت باز رله سنکرونیزم وقتی بسته می‌شود که اختلاف زاویه فاز در دو طرف کلید ازمقدار مشخص کمتر بوده و همچنین اختلاف ولتاژ بین دو طرف مقدار کمی را دارا باشد. رله سنکرونیزم به دو طریق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
می‌توان این رله را به عنوان ناظر در اتصال دستی ژنراتور به شبکه مورد استفاده قرار داد. طریق دیگر استفاده از رله سنکرونیزم در اتصال اتوماتیک ژنراتور به شبکه است که در این حالت علاوه بر اینکه شرایط سنکرونیزم مورد ارزیابی قرار می‌گیرد فرمان‌هایی از طرف رله سنکرونیزم به سیستم‌های تنظیم فرکانس و ولتاژ ژنراتور ارسال می‌گردد و اتصال کاملاُ اتوماتیک صورت می‌گیرد.
رله زمانی
رله زمانی در مواردی کاربرد دارد که تأخیر عمدی در ارسال سیگنال یا عمل قطع و وصل مورد نیاز باشد. بدین خاطر این رله به تنهایی بکار نمی‌رود و در کنار رله‌های سنجشی در حفاظت شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد دقت رله‌های زمانی زیاد و قابل تنظیم میباشند.
نوع دیجیتال این رلهها دارای قسمتی است که تابع تأخیر را تهیه نموده و فرمان قطع یا وصل کنتاکتهای کنترلی را صادر می‌کند . این رلهها علاوه بر سیستم‌های حفاظت در تجهیزات کنترل اتوماتیک و فرایند صنعتی مورد بهره برداری قرار می‌گیرند.
رله بوخهلتس :
رله بوخهلتس یک رله حفاظتی برای دستگاهی است که توسط روغن خنک می‌شود و یا از روغن به عنوان ایزولاسیون در آن استفاده شده است و دارای ظرف انبساط می‌باشد. این رله با به وجود آمدن گاز یا هوا در داخل منبع روغن دستگاه و پایین رفتن سطح روغن از حد مجاز و یا بر اثر جریان پیدا کردن شدید روغن بکار می‌افتد و سبب به صدا در آوردن سیگنال و دادن علامت می‌شود و یا اینکه مستقیماً دستگاه خسارت دیده را از برق قطع می‌کند. رله بوخهلتس به قدری دقیق است که به محض اتفاق افتادن کوچکترین خطایی عمل می‌کند و مانع آن می‌شود که دستگاه خسارت زیادی ببیند. اگر از این رله برای حفاظت ترانسفورماتور روغنی استفاده شود خطاهایی که سبب بکار انداختن رله بوخهلتس می‌شوند عبارتند از :
- جرقه بین قسمت‌های تحت فشار و هسته ترانسفورماتور
- اتصال زمین
- اتصال حلقه و کلاف
- قطع شدن یک فاز
- سوختن آهن
- چکه روغن از ظرف روغن و یا از لوله‌های ارتباطی
در خطاهای کوچک هوا یا گازها متصاعد شده از روغن وارد لوله رابط بین ترانسفورماتور و منبع ذخیره روغن ( ظرف انبساط ) شده و به داخل رله بوخهلتس که در یک قسمت از این لوله قرار دارد راه یافته و به طرف قسمت بالای رله که به صورت مخزن گاز درست شده است صعود می‌کند و در آنجا جمع می‌شود. گازهای راه یافته به داخل رله بوخهلتس به سطح فوقانی روغن فشار می‌آورد و باعث پایین آمدن سطح روغن در رله بوخهلتس می‌گردد.
این فشار به شناور بالایی رله منتقل می‌شود و آن را به طرف پایین می‌راند حرکت شناور باعث بستن یا باز کردن کنتاکت‌هایی می‌شود که جهت دادن فرمان در یک محفظه جیوه‌ای تعبیه شده است در موقعی که خطا به صورت یک اتصالی شدید باشد گازها متصاعد شده در اثر قوس الکتریکی به قدری زیاد می‌گردد که موجب راندن موجی از روغن به داخل ظرف انبساط می‌شود. اگر سرعت موج روغن از مقدار معینی که قبلاً تنظیم شده است تجاوز کند قبل از اینکه گازها به داخل رله بوخهلتس راه یابند دریچه اطمینان رله بکار می‌افتد و باعث قطع ترانسفورماتور از برق می‌شود .
اگر رله بوخهلتس دارای دو گوی شناور باشد دریچه اطمینان طوری تنظیم می‌شود که در صورتی که سرعت حرکت روغن ما بین 50 تا 100 سانتیمتر بر ثانیه رسید رله قطع کند. در رله‌هایی که شامل یک گوی شناور میباشند دریچه اطمینان با شناور لحیم شده است و در این رلهها وقتی سرعت روغن به 65 تا 90 سانتیمتر بر ثانیه رسید رله عمل می‌کند.
رله بوخهلتس از اجزاء زیر تشکیل شده است :
- گوی شناور خبر دهنده
- شناور قطع
- دریچه اطمینان
- فنر فابل تنظیم برای برگشت دریچه به محل اولیه
- شیر امتحان و محل خروج گاز
رله بوخهلتس را می‌توان در کلیه ترانسفورماتورهای روغنی که قدرت آن از 250 کیلو ولت آمپر تجاوز می‌کند جهت حفاظت داخلی بکار برد.
حفاظت :
علمی که رلهها ، خطاها و روابط بین شان و استفاده آن‌ها در صدور فرمان برای رفع خطا را به عهده دارد را حفاظت می‌گویند.
حفاظت اصلی :
حفاظتی که وظیفه اصلی پاک نمودن خطا به عهده آن می‌باشد را حفاظت اصلی می‌نامند.
حفاظت پشتیبان :
حفاظتی است که در صورت عدم موفقیت حفاظت اصلی در رفع خطا، با یک فاصله زمانی از قبل تعیین شده وظیفه پاک نمودن خطا را به عهده دارد.
محدوده حفاظتی :
ناحیه یا قسمتی از شبکه است که حفاظت آن به عهده یک سیتم حفاظتی مشخص واگذار شده است .
قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی :
قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی دارای دو جنبه است :
- سیستم در زمانی که به آن نیاز است عملکرد مناسب و صحیح داشته باشد.
- سیستم در زمانی که به آن نیاز نیست عمل نکند.
حساسیت :
یک سیستم حفاظت حساس است اگر جریان اولیه عملکرد کوچکی داشته باشد چنانچه حساسیت در مورد یک رله مجزا مطرح گردد به معنای مصرف ولت آمپر در حداقل جریان عملکرد می‌باشد.
تشخیص گذاری :
عبارتست از توانایی سیستم حفاظتی در تشخیص ناحیه معیوب و جداسازی حداقل ناحیه از شبکه به طوری که خطا پاک گردد.
مهمترین دلایل بکارگیری حفاظت پشتیبان :
عدم عملکرد احتمالی یا ایراد در هر یک از المان‌های تشکیل دهنده حفاظت اصلی اعم از ترانسفورماتور جریان، ترانسفورماتور ولتاژ، رله‌های کمکی و … که موجب عدم کارکرد صحیح حفاظت اصلی شود تعمیرات و آزمایش حفاظت اصلی باعث خروج این سیستم از مدار می‌گردد که در این حالت حفاظت پشتیبان وظیفه حفاظت سیستم را به عهده می‌گیرد.
حفاظت پشتیبان به دو روش محلی یا از راه دور قابل اجرا است. در حفاظت پشتیبان محلی هر دو سیستم حفاظت اصلی و پشتیان به کلید واقع در پست فرمان می‌دهند . هر یک از سیستم‌های حفاظت اصلی و پشتیبان از هسته‌های مجزای ترانس جریان تغذیه می‌شوند و به یکی از مدارهای قطع کلید فرمان می‌دهند . در صورتی که رله‌های مورد استفاده در حفاظت پشتیبان یکسان باشند ( به عنوان مثال استفاده از رله دیستانس هم در حفاظت اصلی و هم در حفاظت پشتیبان ) سیستم به نام I SUBو SUB II شناخته می‌شود.
در این حالت بایستی سعی شود رلهها در دو حفاظت از تیپ‌های و یا سازندگان مختلف انتخاب شوند تا ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی افزایش یابد. این امکان وجود دارد که رلهها در حفاظت‌هایI SUB و SUB II یکسان نباشند اما لازم است که بین عملکرد رلهها در دو حفاظت اختلاف زمانی وجود نداشته باشد .
روش دیگر پیاده سازی حفاظت پشتیبان استفاده از اختلاف زمانی عملکرد بین دو حفاظت می‌باشد. در این روش رله‌های پشتیبان به نحوی انتخاب و تنظیم می‌شوند که همواره پس از رله‌های اصلی عمل کنند و به این ترتیب در صورت عدم موفقیت رله‌های اصلی رله پشتیبان خطا را با تأخیر قطع کند .
محدوده‌های حفاظتی :
در عمل به علت خطاهایی از قبیل تفاوت بین امپدانس محاسباتی و امپدانس واقعی خط خطای ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ و همچنین عدم دقت رلهها محدوده اول حفاظت رله دیستانس در 100 درصد طول خط تنظیم نشده بلکه محدوده تنظیمی ناحیه اول حدود 80 تا 85 درصد خط انتقال خواهد بود زمان عملکرد رله در این ناحیه آنی بوده و هیچ گونه تأخیری بر روی رله منظور نمی‌گردد . به این ترتیب 15 تا 20 درصد انتهای خط توسط ناحیه دوم رله دیستانس حفاظت خواهد شد. که این حفاظت از نوع تأخیری می‌باشد .
جهت حفاظت آنی کل طول خط و هماهنگی رله‌های وصل مجدد دو طرف خط از روش‌هایی همچون توسعه زون اول (zone extension ) و یا ترکیب با سیگنال حامل استفاده می‌شود ، که در بخش‌های بعد بدان پرداخته می‌شود. فرمان قطع ناحیه اول رله دیستانس به رله وصل مجدد ارسال می‌شود ( در خطوط هوایی ). در بسیاری از موارد رله وصل مجدد به عنوان یک واحد در داخل رله دیستانس تعبیه شده است .
تنظیم ناحیه دوم رله دیستانس بایستی حداقل برابر 120 درصد امپدانس خط مورد حفاظت باشد حد بالای تنظیم ناحیه دوم رله دیستانس برابر کل خط مورد حفاظت به علاوه 50 درصد کوتاه‌ترین خط بعدی می‌باشد از آنجا که عملکرد ناحیه دوم رله در واقع حفاظت پشتیبان می‌باشد. می‌بایستی با تأخیری در حدود 300 تا 400 میلی ثانیه همراه باشد .
ناحیه سوم رله دیستانس را می‌توان در ½ برابر مجموع امپدانس خط مورد حفاظت و کوتاه‌ترین خط بعدی تنظیم کرد. و تأخیر زمانی آن را بین 400 تا 500 میلی ثانیه نسبت به ناحیه دوم در نظر گرفت. در تنظیم ناحیه سوم باید رله دیستانس بایستی دقت کرد که به هیچ عنوان ناحیه سوم با امپدانس بار تداخل نداشته باشد . جهت محاسبه امپدانس بار بایستی بد ترین شرایط یعنی حداکثر جریان و حداقل ولتاژ مجاز را در نظر گرفت.
حفاظت خط :
حفاظت خطوط انتقال به دو قسمت SUB I و SUB II تقسیم می‌گردد. حفاظت‌های SUB I در داخل دو تابلو قرار می‌گیرند. یکی از تابلوها برای تجهیزات مشترک در SUB I و SUB II اختصاص دارد که شامل فصل مشترک خط ارتباطات فرکانس بالای حفاظتی خرابی کلید ( تنها در خطوط 230 و 400 کیلو ولت ) تجهیزات وصل مجدد اتوماتیک رله‌های حس کننده خطا و فاصله یاب خطا میباشند.
حفاظت خطوط 230 و 400 کیلو ولت :
حفاظت I SUB شامل: رله دیستانس ، رله اتصال زمین جهتدار ، رله اضافه ولتاژ یا کاهش ولتاژ و حفاظت ناحیه کور ( بسته به نوع شینه بندی )
حفاظت II SUB شامل: رله دیستانس و رله اتصال زمین جهتدار
حفاظت خطوط 132 و 63 کیلو ولت:
حفاظت I SUB شامل: رله دیستانس، رله کاهش ولتاژ
حفاظت II SUB شامل: رله اضافه جریان جهتدار و رله اتصال زمین جهتدار
حفاظت خطوط 63 کیلو ولت:
حفاظت خطوط 63 کیلو ولت شامل رله دیستانس، رله ولتاژ پایین، رله اضافه جریان با واحد آنی و رله خطای زمین با واحد آنی می‌باشد. از آنجایی که معمولاً رله‌های دیستانس مجهز به رله خطای زمین جهتدار نیز هستند این حفاظت نیز در نظر گرفته می‌شود. رله دیستانس باید با توجه به آرایش شبکه در خط بعدی تنظیم شود .
رله اضافه جریان با توجه به اینکه از نوع غیر جهتدار می‌باشد بایستی با رله‌های اضافه جریان داخل پست ( سمت فشار قوی ) هماهنگ شود. تنظیم جریان رله خطای زمین جهتدار را می توان در 10 درصد جریان اسمی ثانویه ترانسفورماتور جریان که در این حا لت یک آمپر است قرار داد. علاوه بر موارد گفته شده رله چک سنکرونیزم ، رله وصل مجدد و رله‌های نظارتی بر مدار تریپ نیز در نظر گرفته می‌شود.
حفاظت اضافه جریان خطوط :
رله‌های اضافه جریان در واقع ساده‌ترین نوع رله قابل استفاده جهت حفاظت خطوط می‌باشد. در سطوح ولتاژی 230 و 400 کیلو ولت ، رله‌های اضافه جریان جهت حفاظت ناحیه کور مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از موارد کاربرد این نوع رله در پست‌های 1.5 کلیدی می‌باشد.
در این آرایش هنگامی که سکسیونر خط باز و خط برقدار باشد چنانچه در حد فاصل فیدر خروجی از بی و سکسیونر خط اتصالی پیش آید رله ولتاژ، کار سیستم را عادی دیده و به همین دلیل تحت تأثیر این اتصالی نخواهد بود و امکان بر طرف شدن این خطا توسط رله دیستانس وجود ندارد. دراین حالت از رله اضافه جریان تحت عنوان ناحیه کور ( Stup Proection ) استفاده می‌شود که وظیفه قطع مدار در این مواقع را به عهده دارند.
حفاظت ترانسفورماتور قدرت :
حفاظت اصلی : حفاظت دیفرانسیل کلی، حفاظت اتصال زمین محدود شده در هر دو سمت و رله کاهش ولتاژ در سمت فشار ضعیف.
حفاظت کمکی : رله جریان زیاد زمانی واحد آنی در هر دو سمت فشار قوی و متوسط، رله جریان زیاد آنی تپ چنجر، رله جریان زیاد زمانی نوترال برای هر دو سیم پیچ و رله جریان زیاد بر روی نوترال ترانسفورماتور زمین کمکی .
جهت هماهنگ سازی جریان‌های دو طرف ترانسفورماتور قدرت از دو ترانس جریان کمکی استفاده استفاده می‌کنیم . رله اضافه جریان سمت فشار متوسط ترانسفورماتور با توجه به رله‌های جریانی خطوط 63kv هماهنگ می‌شود. و رله سمت فشار قوی با توجه به این رله و مشخصه گرمایی ترانسفورماتور قدرت بایستی هماهنگ گردد. تنظیم جریانی این رلهها بایستی به گونه‌ای باشد که اجازه اضافه بار شدن ترانس را در بازه زمانی کوتاهی بدهند .
حفاظت ترانسفورماتورهای با ولتاژ اولیه 230 و 400 کیلو ولت :
حفاظت اصلی : رله دیفرانسیل، اتصال زمین محدود شده، رله کاهش ولتاژ و رله اضافه شار / ولتاژ .
حفاظت پشتیبان : رله جریان زیاد لحظه‌ای طرف اولیه، رله جریان زیاد زمانی طرف ثانویه، رله جریان زیاد نوترال، رله جریان زیاد زمانی طرف ثالثیه و ترانسفورماتور زمین – کمکی، رله جریان زیاد زمانی نوتراال ترانسفورماتور زمین – کمکی، رله جریان زیاد آنی تپ چنجر و رله جریان زیاد قابل تنظیم بالا و پایین برای سیم پیچ سوم .
حفاظت ترانسفورماتورهای با ولتاژ اولیه 132 و 63 کیلو ولت :
حفاظت اصلی : رله دیفرانسیل، رله اتصال زمین محدود شده، رله کاهش ولتاژ و اضافه ولتاژ.
حفاظت پشتیبان : رله اضافه جریان اولیه، رله اضافه جریان ثانویه، رله اضافه جریان اتصاال زمین ترانسفورماتور زمین کمکی و رله اضافه جریان نوترال سیم پیچ ستاره .
رله جریان زیاد سیم پیچ ثالثیه ترانسفورماتور قدرت :
این رله گذاری به ترانسفورماتورهای جریان نصب شده در سیم پیچ ثالثیه متصل می‌شوند این حفاظت شامل دو رله جریان زیاد سه فاز است . که بوبین‌های آن‌ها به صورت سری و کنتاکتهای آن‌ها به صورت موازی متصل می‌گردند. یک واحد باید دارای رله زمان معکوس معمولی با تأخیر زمانی طولانی برای حفاظت سیم پیچی ثالثیه از خطاهای کم دامنه باشد و واحد دیگر نیز باید دارای مشخصه معکوس معمولی با تنظیم زیاد باشد.
رله تنظیم زیاد می‌بایستی مقادیر بیش از 300 درصد جریان نامی ثالثیه را پذیرفته و سیم پیچی را از خطاهای سنگین محافظت نماید. مشخصه زمانی معکوس هر دو رله می‌بایستی مطابق با استاندارد IEC باشد. تایمرها باید بر پایه منحنی‌های گرمایی سیم پیچی‌های ثالثیه انتخاب شوند. دامنه 1 تا 999 ثانیه برای تایمرهای واحد اول و 0.2 تا 2 ثانیه برای واحد دوم مناسب است .
حفاظت جریان زیاد فاز و نوترا ل ترانسفورماتورهای زمین – کمکی :
حفاظت جریان زیاد زمان معکوس سه فاز برای حفاظت ترانسفورماتور زمین – کمکی در مقابل خطاهای فاز بسته به نظر طراح می تواند منظور شود . همچنین حفاظت جریان زیاد زمان معکوس تک فاز برای حفاظت خطاهای زمین و هماهنگی با رله گذاری خطای زمین سیستم در سمت ثالثیه باید در نظر گرفته شود . این دو حفاظت معمولاً در پست‌های انتقال که ترانسفورماتور زمین – کمکی به ثالثیه ترانسفورماتور قدرت متصل می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرند.
حفاظت شینه :
وقوع خطا در شینه شبکه را دچار تنش کرده و مشکلات عدیده‌ای را فراهم می‌آورد. حتی ممکن است فرم فیزیکی شینه را تغییر داده و برای مدتی از سرویس دهی ممانعت به عمل آورد چنانچه شینه به قسمت‌های کوچک‌تر تقسیم شده و یا شینه دوبل بکار رفته باشد بایستی برای هر بخش ، حفاظتی جداگانه منظور شود تا خطا در یک قسمت نتواند وقفه‌ای در سرویس دهی سایر قسمت‌ها ایجاد نماید . درعین حال باید دقت کافی مبذول داشت که از عملکرد اتفاقی حفاظت در اثر تداخل خارجی جلوگیری به عمل آید.
غالباً خطاهای شینه از نوع فاز به زمین هستند و بالا بودن سرعت رفع خطای شینه از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است . جهت دستیابی به این سرعت معمولاً از رله‌های دیفرانسیل امپدانس بالا جهت حفاظت شینه بکار برد . از آنجا که عملکرد نادرست حفاظت شینه بر روی کلیه فیدرهای متصل به آن تأثیر نامطلوبی دارد لذا در طراحی و تنظیم این حفاظت بایستی دقت کافی مد نظر قرار گیرد. اغتشاشات زیر نبایستی باعث عملکرد نادرست رله دیفرانسیل حفاظت شینه گردند:
- اشکال در ثانویه یک ترانسفورماتور جریان که توازن جریان را بر هم می‌زند.
- شوک‌های مکانیکی با شدت بالا
به منظور حفظ پایداری در اثر اشکال در ثانویه ترانسفورماتور جریان، رله باز بینی ثانویه ترانس جریان بکار می‌رود. تا در صورت تشخیص اشکال در ثانویه جریان رله مذکور از عملکرد نابجای رله حفاظت شینه جلوگیری کند .
حفاظت شینه در پست‌های 63 و132 کیلو ولت بکار نمی‌رود . و تنها محدود به پست‌های 230 و400 کیلو ولت می‌باشد این حفاظت فاقد حفاظت پشتیبان بوده و حفاظت پشتیبان شینه توسط نواحی حفاظتی دوم رله‌های دیستانس فراهم می‌شود .
در پست‌های کلیدی می‌توان جهت اطمینان بیشتر دو سیستم حفاظتی دیفرانسیل یکسان برای شینه بکار برد که از هم مستقل بوده و فرمان قطع منوط به تشخیص خطا توسط هر دو سیستم می‌باشد.
در شینه‌های تقسیم شده سیستم حفاظتی دیفرانسیل دوم بصورت سراسری بوده و کل شینه را در بر می‌گیرد .
حفاظت شینه (تنها در سطوح ولتاژ 230 و 400 کیلو ولت ) :
حفاظت دیفرانسیل شینه ( نوع امپدانس بالا )
حفاظت دیفرانسیل شینه از نوع امپدانس بالا :
حفاظت شینه از نوع امپدانس بالا عموماً شامل سه رله تک فاز از نوع جریان چرخشی امپدانس بالا با سرعت زیاد است. این رله باید از پایداری در مقابل خطاهای خارج از محدوده حفاظتی برخوردار باشد. رله در فاز با یک مقاومت اهمی سری همراه است که به صورت پیوسته قابل تنظیم بوده و به صورت خارجی یا داخلی نصب می‌گردد. این مقاومت‌ها باید از نوع سیم پیچی شده بوده و دارای توان کافی باشد مسئله جبران در تنظیم مؤثر رلهها برای تعداد ترانسفورماتور جریان موازی با رله جریان مغناطیس کنندگی و ساختمان آن‌ها باید در نظر گرفته شود.
باید اطمینان حاصل کرد که امپدانس تحریک ترانسفورماتور جریان در مقایسه با امپدانس اهمی ثانویه‌اش بزرگ می‌باشد .
مقاومت غیر خطی ( متروسیل ) می‌بایستی در مدار رله قرار گیرد تا ولتاژ پیک ایجاد شده توسط ترانسفورماتور جریان تحت شرایط خطای داخلی را به مقداری از سطح عایقی ترانس های جریان رله و سیم‌های رابط محدود نماید که معمولاً برای استقامت در مقابل پیک ولتاژ 3000 ولت طراحی می‌شوند .
پارامترهای مقاومت غیر خطی باید به گونه‌ای تعیین شوند که :
- در تنظیم ولتاژ رله ، جریان متروسیل تا حد ممکن کم بوده و از 30 میلی آمپر برای ترانسفورماتور جریان از نوع آمپری بزرگتر نباشد .
- در ماکزیمم جریان ثانویه نقطه برش متروسیل نباید بزرگتر از 1500 ولت مؤثر باشد .
حفاظت فیدر 20 کیلو ولت :
حفاظت فیدر 20 کیلو ولت شامل رله اضافه جریان فاز و زمین و در صورت نیاز رله خطای زمین حساس می‌باشد .
رله اضافه جریان فاز که مجهز به واحد آنی نیز می‌باشد بایستی سریع‌تر از رله ورودی فیدر عمل کند. بر روی هر فیدر یک رله خطای زمین جریانی مجهز به واحد آنی قرار داده می‌شود . هر یک ازاین دو رله فرمان قطع خود را به رله وصل مجدد ارسال می‌کنند.
در صورتی که فیدر خروجی از نوع کابلی باشد، نبایستی از رله وصل مجدد استفاده شود. در این حالت می‌توان از رله خطای زمین حساس جهت تشخیص جریان‌های نشتی کوچک استفاده کرد. بهتر است که این رله به جای فرمان قطع تنها اقدام به فعال نمودن آلارم کند.
حفاظت باس کوپلر :
حفاظت باس کوپلر شامل رله‌های اضافه جریان فاز و زمین با واحد آنی می‌باشد. رله‌های اضافه جریان فیدر و کوپلر بایستی با حفاظت پایین دستی در سمت 20 کیلو ولت هماهنگ گردند.
حفاظت بانک خازنی :
حفاظت بانک خازنی شامل حفاظت جریان زیاد فاز و نوترال ، حفاظت قوس الکتریکی در خازن توسط رله ولتاژی ، حفاظت اضافه ولتاژ و حفاظت عدم تقارن جریان در نوترال می‌باشد.
حفاظت راکتور :
حفاظت راکتور شامل رله دیفرانسیل سه فاز و یا دیفرانسیل زمین محدود شده، رله جریان زیاد سه فاز و یا زمین .
حفاظت کلید قدرت :
حفاظت کلید قدرت شامل حفاظت خرابی کلید ( CBF ) حفاظت عدم هماهنگی کنتاکتهای کلید ( PD ) که در صورت اختلاف زمان عملکرد کنتاکت‌ها بیش از 5 میلی ثانیه فرمان قطع را صادر می‌کند و رله نظارت برمدار تریپ (TC..SUP ) می‌باشد. این حفاظت‌ها برای کلیدهای قدرت سمت 230 کیلو ولت ( خط ترانسفورماتورکوپلر ) در نظر گرفته می‌شوند.
حفاظت خرابی کلید و حفاظت عدم هماهنگی کنتاکتهای کلید :
این نوع حفاظت می‌بایستی تمامی خطاها را پوشش دهد . رله های جریانی در حفاظت خرابی کلید باید توانایی استقامت در برابر جریان مشخص شده برای فیدر و ماکزیمم جریان اتصال کوتاه مشخص را داشته باشند زمان بازگشت به حالت اولیه این رله ها باید کوتاه بوده ومشخص گردد.
حفاظت خرابی کلید تنها در زمان عملکرد رله حفاظتی که فرمان قطع را صادر می‌کند باید فعال شده و در مقابل عملکرد نادرست از ایمنی بالایی برخوردار باشد . با فعال شدن این حفاظت سریعاً یک سیگنال قطع به کلیدی که تحت نظارت است ، ارسال می‌گردد و اگر موفقیت آمیز نباشد تمام کلیدهای همجوار و مرتبط را باید پس از یک تأخیر زمانی قابل تنظیم قطع نماید.
حفاظت خرابی کلید برای کلید یا کلیدهای فیدر خط در تابلوی مشترک I SUBو برای فیدرهای ترانسفورماتور و راکتور در تابلوی پشتیبان قرار می‌گیرند.
علاوه بر حفاظت خرابی کلید تمام کلیدها باید به یک حفاظت عدم هماهنگی کنتاکتهای کلید مجهز شوند . این حفاظت می بایستی در تابلویی نصب شود که رله خرابی کلید قرار دارد. حفاظت عدم هماهنگی کلید از کنتاکتهای کمکی در قطبهای مختلف کلید بهره می گیرد.
این عملکرد باید در دو مرحله تأخیر زمانی داشته باشد. در مرحله اول کلید را با سوئیچ دیسکریپنسی قطع کرده و حفاظت خرابی کلید را راه اندازی می‌کند . چنانچه قطع کلید در مرحله اول حفاظت عدم هماهنگی کلید موفقیت آمیز باشد از حفاظت خرابی کلید ممانعت بعمل می‌آید .
در مرحله دوم حفاظت عدم هماهنگی کلید، تمام کلیدهای همجوار توسط حفاظت خرابی کلید پس از یک تأخیر زمانی قابل تنظیم قطع می‌گردند.
حفاظت ناحیه کور :
این حفاظت ( در صورت وجود ) شامل رله‌های جریانی زیاد آنی با دامنه تنظیم مشخص شده می‌باشد. حفاظت نقطه کور فقط وقتی فعال می‌شود که سکسیونر خط باز است. حفاظت نقطه کور برای خطاهایی که به علت اشباع ترانسفورماتور جریان یا عدم هماهنگی مشخصه‌ها و . . . پدید می‌آید باید پایدار باشد .
حفاظت ولتاژ کم خط ( ولتاژ صفر ) :
این حفاظت باید ولتاژ سه فاز را نظارت کند و برای عملکرد بایستی تمام فازها دچار افت ولتاژ شده باشند در زمانی که افت ولتاژ تنها در یک یا دو فاز روی دهد ، از عملکرد رله می‌بایستی پس از 2 ثانیه جلوگیری شده و یک نشان دهنده بکار افتد تا از قطع نادرست به علت قطع فیوزهای مدار اندازه گیری ولتاژاجتناب شود. پس از عملکرد رله سیگنال قطع پس از 2 ثانیه از بین می‌رود ( صرف نظر از اینکه ولتاژ مجدداً برقرار شده باشد ) .
از عملکرد حفاظت ولتاژ صفر وقتی که سکسیونرهای سری در خط انتقال باز باشند می‌بایستی جلوگیری شود بطوری که از قطع نادرست در زمان ایزوله بودن خط ممانعت به عمل آید .
حفاظت ولتاژ زیاد خط :
حفاظت ولتاژ زیاد باید شامل رله زمانی معین بوده و تنظیم آن از100 درصد تا 120 درصد ولتاژ نامی قابل تغییر باشد و همچنین تاخیر زمانی بایستی دارای تنظیم پیوسته از2 تا 20 ثانیه باشد. این حفاظت بایستی فرمان قطع را به کلیدهای هر دو طرف خط ارسال کند این رله گذاری به صورت تک فاز انجام می‌شود.
مشاهده کتاب راهنمای رله و حفاظت اشنایدر (مشتمل بر کدهای ANSI رله های حفاظتی)
