وبلاگ یک مهندس...

  حفاظت ديستانس
 
رله هاي ديستانس براي حفاظت خطوط انتقال به كار مي روند و از آنجا كه فاصله عيب را با اندازه گيري امپدانس مشخص مي كنند، بدين نام مشهور شده اند. به طور كلي وقتي اتصالي در شبكه رخ مي دهد اينگونه رله ها نقش حفاظتي خط و تعيين فاصله اتصالي تا رله را به عهده دارند. معمولا حفاظت اصلي خطوط انتقال رله هاي ديستانس و حفاظت پشتيبان اين خطوط رله هاي اضافه جريان هستند. دليل اين امر آن است كه زمان عملكرد رله هاي ديستانس بر روي خطي كه رله روي آن است بسيار كم و زمان عملكرد رله جريان زياد نسبتا زياد است.
 
-اصول كار رله‌هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس صرف نظر از انواع مختلف آنها بر مبناي اندازه گيري فاصله الكتريكي رله تا محل خطا كار     مي كنند. در مواقعي كه حداقل جريان خطا قابل مقايسه با جريان بار باشد، اين رله ها كاربرد وسيعي پيدا مي كنند و اين از آنجا ناشي مي شود كه رله هاي ديستانس به جريان حساس نيستند، بلكه امپدانس ظاهري (فاصله الكتريكي) تا محل خطا را مي سنجند. رله هاي ديستانس داراي يك امپدانس داخلي به نام امپدانس تنظيم رله  مي باشند. اين امپدانس (Z0) برابر امپدانس قسمتي از خط است كه رله بايد آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.
-ساختمان رله ديستانس:
اين رله با دو عنصر ولتاژ و جريان سروكار دارد و نسبت اين دو پارامتر را مي سنجد. يعني در اصل از دو ترانس ولتاژ و جريان تشكيل شده است. به طور كلي مي توان گفت كه يك رله ديستانس از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
1- عضو تحريك كننده 2- عضو سنجشي رله ديستانس (عضو زماني) 3- عضو جهت ياب 4- تعداد زيادي رله كمكي
طرز كار بدين صورت است كه از سيم پيچ عمل كننده  جرياني متناسب با جريان اتصال كوتاه مي گذرد و هنگاميكه جريان خطا به يك آستانه رسيد، اين سيم پيچ تحريك شده و كنتاكتهاي مربوطه را به هم وصل     مي كند در نتيجه رله عمل كرده و مدار قطع مي گردد و در ضمن سيم پيچي كه سيم پيچي بازدارنده نام دارد نيروي مقاوم يا نيروي بازدارنده را توليد مي كند و باعث توليد گشتاور در خلاف جهت گشتاور حاصل از سيم پيچ عمل كننده مي گردد. لذا هر چه ولتاژ بيشتر باشد يا نقطه اتصال كوتاه از رله دورتر باشد نيروي سيم پيچ بازدارنده بيشتر شده و در اصل مقاومت ظاهري خط تا نقطه اتصالي بيشتر مي شود.
به طور كلي در يك رله ديستانس از يك تحريك جريان زياد و يك تحريك ولتاژ كم و در نتيجه از تحريك توسط امپدانس كم استفاده مي شود. در تحريك توسط جريان زياد از يك رله جريان زياد كه براي 0.8 تا   2 برابر جريان نامي ترانسفورماتور جريان قابل تنظيم است، استفاده مي شود و مي توان با توجه به نوع شبكه، در مواقعي كه نقطه صفر ستاره آن ايزوله باشد، از دو رله استفاده كرد. در مواقعي كه شبكه مستقيما به زمين وصل شده باشد از سه رله استفاده مي كنند، البته رله سوم، رله اتصال زمين مي باشد. تحريك توسط رله هاي جريان زياد در شبكه هايي قابل استفاده است كه حداقل جريان اتصال كوتاه فازي از ماكزيمم جريان كار عادي و نرمال شبكه بيشتر باشد. ولي در تحريك توسط امپدانس كم نبايد حداقل جريان اتصال كوتاه از ماكزيمم جريان عادي شبكه بيشتر شود. تحريك كننده امپدانس كم نسبت ولتا‍ژ و جريان را مي سنجد.
-انواع رله هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس با توجه به «امپدانس تنظيم» عمل مي كنند. اين امپدانس مقداري مختلط است در نتيجه داراي دامنه و فاز خواهد بود. با توجه به اين موضوع مي توان محدوده عملكرد رله ها را در صفحه مختلط R-X  توسط يك منحني بيان نمود.
يك رله ديستانس با هر نوع منحني مشخصه اي داراي سه ناحيه حفاظتي مي باشد. در ناحيه 1 معمولا امپدانس معادل 80 % خط اول (خط اصلي) تنظيم مي شود و زمان عملكرد آن خيلي سريع يعني حدود 0.01 ثانيه است و به عنوان حفاظت اصلي خط به كار مي رود. علت اينكه كل خط اصلي به عنوان ناحيه اول انتخاب نمي شود آن است كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان به عنوان تنظيم ناحيه اول انتخاب نمي شود آنست كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان يا ولتاژ عملكرد اين رله با رله روي خط بعدي همزمان نباشد.
امپدانس تنظيم ناحيه دوم رله معمولا برابر كل امپدانس خط اصلي به اضافه حدود 50% امپدانس خط بعدي است و زمان عملكرد آن حدود 0.4 ثانيه است. ناحيه سوم رله ديستانس داراي امپدانس تنظيمي برابر كل خط به اضافه كل خط دوم به علاوه حدود 25% خط سوم است. بديهي است زمان عملكرد اين ناحيه حدود 0.8 ثانيه است.
در زير انواع مختلف مشخصه ها را مختصرا ذكر مي كنيم:
1-     رله ديستانس با مشخصه امپدانسي يا تخت
اين رله ساده ترين رله از نظر ساختمان و عملكرد مي باشد. مشخصه اين رله دايره اي است كه مركز آن مبدا مختصات و شعاع آن به اندازه قدر مطلق امپدانس تنظيم آن (ZS) مي باشد. در اين شكل  زاويه امپدانس خط AB است. اين رله فقط به دامنه امپدانس رله تا محل خطا حساس است و براي خطاهاييكه قدر مطلق امپدانس رله تا آن خطا كمتر از l ZS l باشند صرفنظر از جهت جريان خطا عمل مي كند.
با توجه به شكل رله براي خطاهاي AB (در جهت ديد رله ) و BC (در پشت سر رله) عمل مي نمايد كه اين عملكرد بزرگترين عيب اين رله است زيرا همانند رله هاي غير جهت دار عمل مي كند. از اينرو هماهنگي اين رله ها با يكديگر مشكل و در بعضي موارد غير ممكن است به همين دليل اين رله را هيچگاه به تنهايي مورد استفاده قرار نمي دهند و همواره به همراه رله هاي ديگر كه در ادامه شرح داده مي شود از آن استفاده مي گردد. معادله اين رله عبارت است از Z= l ZS l  ؛ اين معادله دايره اي است
براي آنكه بتوان اين رله را به تنهايي مورد استفاده قرار داد بايد آنرا جهت دار كرد. براي اينكار بايد محدوده عملكرد اين رله را تا حد ممكن در ناحيه اول مختصات قرار دهيم. بهترين زاويه مشخصه المان جهت دار با امپدانس تنظيمي خط مورد حفاظت در حدود 90 درجه مي باشد.
 
معايب اين رله را ميتوان در موارد زير خلاصه نمود:
1-     اين رله جهت خطا را تشخيص نمي دهد و در نتيجه استفاده از يك المان جهت دار در آن ضروري است.
2-   اين رلهع بر اثر مقاومت قوس محل خهطا مي تواند عملكرد اشتباه داشته باشد، زيرا بر اثر مقاومت قوس، بردار امپدانس خطا در روي محور R ها در جهت مثبت كشيده مي شود و با اين كار ممكن است خطا از محدوده عمل اين رله خارج شود.
3-   به علت پوشانده شدن محدوده وسيعي از صفحه مختلط توسط مشخصه اين رله، عملكرد آن به مقدار زيادي به نوسانات قدرت حساس است. به عبارت ديگر مكان هندسي امپدانس بهنگام نوسانات قدرت پايدار (قابل برگشت به وضع عادي) داخل مشخصه عملكرد رله قرار مي گيرد و سبب عملكرد رله مي شود.
4-     رله ديستانس با مشخصه افست مهو
همانطور كه از مشخصه اين رله پيداست، علاوه بر در بر گرفتن خط مورد حفاظت در جهت ديد خود، قسمتي از خط پشت سر خود را نيز مي پوشاند. مشخصه افست (قسمتي كه پشت سر خود را مي بيند) معمولا براي هنگامي استفاده مي شود كه رله مي خواهد پشت سر خود را نيز ببيند و آن وقتي است كه مثلا رله اصلي شينه عمل نكرده است و اين رله به عنوان پشتيبان براي ناحيه پشت سر خود عمل مي كند. بنابراين لازم است فقط ناحيه سوم رله مطابق شكل8 داراي افست باشد.
5-     رله ديستانس با مشخصه راكتانسي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم موازي با محور افقي است كه داراي راكتانس ثابتي مي باشد و در صورتيكه راكتانس محل وقوع خطا تا رله كمتر از رآكتانس تنظيمي باشد، رله عمل خواهد كرد. به علت وجود مشخصه خاص اين رله فقط حساس به راكتانس بوده و مقاومت خطا روي آن هيچگونه اثري ندارد. رله به صورت معمولي آن براي تمام خطاهاي پشت سر خود و حتي براي شرايط كار نرمال و نوسان قدرت عمل خواهد كرد. در واقع اين رله براي محدود كردن گستره عملكرد رله هاي ديگر نظير رله امپدانسي بكار مي رود. معادله اين رله X=XS=Cte      مي باشد؛ X راكتانس امپدانس خطا و XS راكتانس امپدانس تنظيم رله است. تنظيم رله متناسب با راكتانس درصد پوشش خط (XS ) است. در اينجا اگر راكتانس ديده شده به وسيله رله كمتر از XS  باشد، رله عمل مي كند و اگر بيشتر از آن باشد، رله عمل نخواهد كرد. همانطور كه از مشخصه اين رله استنباط مي شود افزايش مقاومت ديده شده خطا، تاثيري در عملكرد رله نخواهد داشت. افزايش مقدار مقاومت باعث مي شود كه انتهاي بردار امپدانس، انتقال پيدا كند و در نتيجه باز هم در ناحيه عملكرد رله قرار مي گيرد. به همين دليل اين رله نسبت به مقاومت خط يا اثر مقاومت جرقه حساس نمي باشد.
6-     رله ديستانس با مشخصه اهمي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم مي باشد كه ضريب زاويه آن مي تواند تغيير كند. همانند رله رآكتانسي اين رله به تنهايي به كار نمي رود بلكه براي محدود كردن مشخصه ديگر رله ها به كار برده مي شود.
 
7-     رله ديستانس با مشخصه كواد (چهارگوش)
رله كواد يك رله راكتانسي محدود شده است. اگر تعداد وروديهاي رله استاتيكگي را زياد كنيم مشخصه رله چهار گوش را بدست مي آوريم. شكل (11-5) مشخصه رله كواد يا چهار گوش را نشان مي دهد. همانگونه كه در شكل ديده مي شود يكي از محاسن اين رله آن است كه به راكتانس خطا تا محل رله حساس مي باشد كه البته با توجه به امتداد اين مشخصه در جهت محور R ها مي توان مقاومت محل قوس را نيز در تنظيم رله در نظر گرفت.
 
 
-رله وصل مجدد(Auto recloser)  :
اتصالي هاي شبكه سيم هوايي انتقال انرژي هميشه در اثر برخورد و تماس دائم دو سيم يا سيم و زمين بوجود نمي آيد، بلكه عامل بيشتر اتصالي ها جرقه و قوس الكتريكي مي باشد. چنين جرقه هايي اغلب با قطع آني و كوتاه مدت فشار شبكه از بين رفته و خاموش مي شود. بايد به محض وقوه اتصالي در شبكه، سيم اتصالي شده را از شبكه قطع كرد ولي اگر همين قطع ولتاژ سبب بر طرف شدن اتصالي شود، لازم نيست كه شبكه براي مدت درازي به حالت قطع باقي بماند، بلكه بايد بوسيله اي پس از گذشت زمان كوتاهي مجددا مدار را وصل كرد و چون اغلب نمي توان تشخيص داد كه اتصالي در اثر برخورد دو سيم و يا در اثر جرقه بوجود آمده است، لذا عمل قطع و وصل به كمك كليد قدرت مخصوص كه از دستگاهي به نام رله وصل مجدد فرمان مي گيرد انجام مي شود.
البته در پست هاي فشار قوي مازندران عمدتا رله وصل مجدد به گونه اي تنظيم مي شود تا دفعات وصل مجدد تنها به يك بار محدود شود و در صورت باقي ماندن خطا براي هميشه به حالت قطع در مي آيد.
-رله اضافه جريان Over Current:
رله اضافه جريان در خط به عنوان رله پشتيبان براي رله ديستانس استفاده مي شود، بر خلاف باسبار كه در آنجا اين رله يك حفاظت اصلي مي باشد. اصول اين حفاظت بر اساس جريان مي باشد و در ظاهر ساده به نظر مي رسد اما در تنظيمات اين رله و مخصوصا هماهنگي آن در شبكه دقت زيادي كرد.
اين حفاظت مي تواند به عنوان حفاظت اصلي و پشتيبان در شبكه استفاده گردد كه معمولا در شبكه هاي فشار ضعيف به عنوان حفاظت اصلي استفاده مي گردند
 
-رله سنكرون چك:
زماني كه دو خط از شبكه بخواهند به يكديگر متصل گردند اين رله رابطه فازي و ولتاژ دو خط را مقايسه نموده و در صورت تطابق (تمايز نبايد بيش از 10% باشد.) اجازه اتصال آنها را مي دهد.
اين رله زماني بكار مي‌رود كه دو يا چند فيدر به يك باس مشترك متصل مي‌گردند. اتصال موفقيت‌آميز دو منبع به يكديگر بستگي به اختلاف دامنه‌هاي ولتاژ طرفين، زاويه‌هاي فاز و فركانسهاي دو منبع در زمان اتصال دارد. رله كنترل سنكرونيزم در صورت نزديك بودن مقادير دو طرف، اجازه اتصال را خواهد داد.
رله سنكرون‌كننده، رله‌اي است كه در رابطه با اتصال ژنراتور به شبكه و يا اتصال دو شبكه مجزا مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين رله سنكرون‌كننده براي كنترل يك يا چند كليد در يك نيروگاه و ارتباط با سيستم كنترل نيز بكار مي‌رود. بر خلاف رله كنترل سنكرونيزم، رله سنكرون‌كننده مي‌تواند فرمان وصل كليد را در نقطه دقيق سنكرونيزم صادر نمايد.
سنكرون‌كردن دستي نيازمند آموزش، استفاده از قدرت تشخيص، تجربه و دقت كافي از طرف اپراتور است. كليدها و ژنراتورها در صورت عدم دقت اپراتور دچار صدمه مي‌شوند. بنابراين فرمان وصل كليد، تنها وقتي كه رله سنكرونيزم اجازه دهد، صادر مي‌گردد.
رله كنترل سنكرونيزم براي نظارت بر اتصال دستي كليد بكار مي‌رود. بنابراين اپراتور مقادير سنكرونيزم را كنترل كرده و بطور دستي فرمان وصل مي‌دهد ولي كنتاكت باز رله سنكرونيزم كه بصورت سري قرار گرفته است از اتصال جلوگيري مي‌كند. كنتاكت باز رله سنكرونيزم وقتي بسته مي‌شود كه اختلاف زاويه فاز در دو طرف كليد از مقدار مشخص كمتر بوده و همچنين اختلاف ولتاژ بين دو طرف مقدار كمي را دارا باشد.
رله سنكرونيزم به دو طريق مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مي‌توان اين رله را بعنوان ناظر در اتصال دستي ژنراتور به شبكه مورد استفاده قرار داد. طريق ديگر استفاده از رله سنكرونيزم در اتصال اتوماتيك ژنراتور به شبكه است كه در اين حالت علاوه بر اينكه شرايط سنكرونيزم مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد، فرمانهايي از طرف رله سنكرونيزم به سيستمهاي تنظيم فركانس و ولتاژ ژنراتور ارسال مي‌گردد و اتصال كاملاً اتوماتيك صورت مي گيرد.
- رله ولتاژي:
رله‌‌هاي ولتاژي به دو نوع ولتاژ كم و ولتاژ زياد تقسيم مي‌شوند كه در حالت‌هاي نقصان و ازدياد ولتاژ در شبكه عمل مي‌نمايند. علاوه بر اين، حالت عدم تقارن ولتاژ در سه فاز سيستم را حس نموده و فرمانهاي كنترلي لازم را صادر مي‌كنند. در بعضي از موارد، از رله ولتاژ زياد در تركيب حفاظت تفاضل ولتاژ بهره گرفته مي‌شود، بنابراين چنانچه اختلاف دو ولتاژ از يك حد مشخص فراتر رود، رله عمل مي‌كند.
الف ـ رله ولتاژ كم
رله ولتاژ كم رله‌اي است كه با كاهش ولتاژ مجموعه‌اي از كنتاكتها را متصل مي‌كند و به دو نوع زير تقسيم مي‌گردد:
- رله با تأخير زماني: تنظيم ولتاژ با تپ‌هاي گسسته قابل انجام است و زمان تأخير در ارسال فرمان قطع نيز قابل تنظيم مي‌باشد.
- رله آني: در اين حالت نيز تنظيم تپ‌هاي ولتاژ وجود دارد و زمان در يك محدوده كوچك قابل تغيير مي‌باشد.
ب ـ رله ولتاژ زياد
رله ولتاژ زياد در مقابل افزايش ولتاژ عمل نموده و فرمانهاي كنترلي را صادر مي‌نمايد. اين نوع رله در موارد زير بكار مي‌رود:
- حفاظت سيستم در مقابل اضافه ولتاژ:  اين رله مي‌تواند در مقابل افزايش ولتاژ، سيگنال خبردهنده ارسال كند و يا در صورت لزوم بارها و مدارهاي حساس به ولتاژ را قطع نمايد و از صدمه ديدن آنها جلوگيري نمايد.
- عدم تقارن ولتاژ فازها: رله ولتاژي، عدم تقارن ولتاژ در فازها را در حالت اتصال كوتاه و اشكال در فيوز ثانويه ترانس ولتاژ حس مي‌كند كه اين كار با اندازه‌گيري توالي صفر و منفي ولتاژها انجام مي‌گيرد.
رله عدم تقارن ولتاژ براي ايزوله‌كردن رله‌ها يا وسايلي كه با قطع ولتاژ در يك يا هر سه فاز ثانويه ترانس ولتاژ يا وجود اشكال در فيوز ثانويه ترانس ولتاژ نادرست عمل مي‌كنند، بكار مي‌رود. بعنوان مثال رله ديستانس يا رله سنكرونيزم، در اين صورت فرمان نادرست صادر مي‌كنند. بنابراين زمان قطع رله بالانس ولتاژ  بايد بحدي كوچك باشد تا قبل از اينكه رله‌هاي نامبرده باعث قطع كليد شوند، آنها را از مدار خارج كند.
رله‌هاي ولتاژ زياد نيز داراي دو نوع تأخيري و آني هستند. در رله‌هاي ولتاژ زياد آني تنها تنظيم ولتاژ آستانه مطرح است و پس از افزايش ولتاژ از حد مربوطه، رله بلافاصله عمل خواهد كرد.
 
- رله اضافه شار يا اضافه تحريك:
از آنجا كه شار هسته ترانسفورماتور وابسته به نسبت ولتاژ به فركانس است، رله اضافه شار نيز بر مبناي اندازه‌گيري نسبت ولتاژ به فركانس (V/HZ) عمل مي‌نمايد. اين رله داراي مشخصه عملكرد زمان معكوس مي‌باشد، به اين معني كه براي تغييرات زياد (V/HZ)، در زمان كوتاهتري عمل مي‌كند و تغييرات كوچك ولتاژ به فركانس داراي تأخيري بيشتري خواهد بود. از آنجا كه فركانس در شبكه تقريباً ثابت است لذا افزايش ولتاژ در شبكه به معني افزايش شار خواهد بود. به همين دليل در بسياري از موارد بجز در ترانسفورماتورهاي نيروگاهي از اين نوع رله استفاده نمي‌شود.
- حفاظت كليد قدرت:
بواسطه اهميت نقش كليد و اشكالاتي كه ممكن است در عملكرد صحيح آن بروز كند، يك سري حفاظت جهت تشخيص عملكرد نامناسب كليد و انجام اعمال اصلاحي درنظر گرفته مي‌شود. از جمله مسائلي كه ممكن است براي يك كليد قدرت پيش آيد، ناموفق بودن كليد در برطرف كردن جريان اتصالي و يا عدم همزماني بازشدن كنتاكتهاي اصلي فازها مختلف كليد به هنگام قطع جريان مي‌باشد. بنابراين حفاظتهاي مورد استفاده جهت كليدهاي قدرت عبارتند از:
- حفاظت اشكال كليد
- نظارت بر مدار تريپ
- حفاظت ناهماهنگي در باز شدن كنتاكتهاي كليد
در طرح استاندارد حفاظتي پستهاي ايران، حفاظت اشكال كليد منحصر به پستهاي 230 و 400 كيلوولت مي‌باشد.