رеле دنباله منفی

تعریف

رله دنباله منفی، که به عنوان رله نامتقارن فاز نیز شناخته می‌شود، برای حفاظت سیستم برق از مولفه‌های دنباله منفی طراحی شده است. وظیفه اصلی آن محافظت از ژنراتورها و موتورها از بارهای نامتوازن است که معمولاً به دلیل خطاهای فاز به فاز ظاهر می‌شوند. هنگام وقوع چنین خطاها، مولفه‌های دنباله منفی می‌توانند گرمای بیش از حد و تنش مکانیکی در دستگاه‌های برقی ایجاد کنند که اگر به درستی مدیریت نشود می‌تواند به آسیب شدید منجر شود.

اصول کاری و ویژگی‌ها

رله دنباله منفی شامل یک مدار فیلتر تخصصی است که فقط به مولفه‌های دنباله منفی موجود در سیستم برق پاسخ می‌دهد. با توجه به اینکه حتی یک مقدار کوچک از جریان بیش از حد ناشی از مولفه‌های دنباله منفی می‌تواند شرایط عملیاتی خطرناک ایجاد کند، رله با تنظیم جریان کم تنظیم شده است. این امر به آن اجازه می‌دهد تا قبل از اینکه این نامتوازنی‌ها به مشکلات بزرگ تبدیل شوند، آن‌ها را تشخیص دهد و به سرعت واکنش نشان دهد.

هرچند رله دنباله منفی زمین شده است، اما این زمین‌شدن عمدتاً برای محافظت در برابر خطاهای فاز به زمین است. با این حال، این رله مستقیماً خطاهای فاز به فاز را کاهش نمی‌دهد؛ بلکه نقش آن تشخیص مولفه‌های دنباله منفی که نشانه چنین خطاها هستند و فعال کردن اقدامات محافظتی مناسب است.

ساختار

ساختار رله دنباله منفی در شکل زیر نشان داده شده است. آن شامل چهار امپدانس، با نام‌های Z1، Z2، Z3 و Z4 است که در یک مدار پلی متصل شده‌اند. این امپدانس‌ها توسط ترانسفورماتورهای جریان تغذیه می‌شوند که جریان الکتریکی را از سیستم تحت حفاظت نمونه‌برداری می‌کنند. سیم پیچ کاری رله به نقاط میانی این مدار پل متصل شده است. این ترتیب خاص به رله اجازه می‌دهد تا با تحلیل تفاوت ولتاژ در بین بازوهای پل، وجود و مقدار مولفه‌های دنباله منفی را دقیقاً تشخیص دهد و عملکرد قابل اعتماد و دقیق برای حفاظت از سیستم‌های برقی فراهم کند.

در مدار رله دنباله منفی، Z1 و Z3 ویژگی‌های مقاومتی محض دارند، در حالی که Z2 و Z4 هم مقاومتی و هم القایی هستند. مقادیر امپدانس Z2 و Z4 به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که جریان‌های عبوری از آن‌ها همیشه ۶۰ درجه پس از جریان‌های عبوری از Z1 و Z3 می‌آیند.

هنگامی که جریان به نقطه A می‌رسد، به دو شاخه I1 و I4 تقسیم می‌شود. به طور قابل توجه، جریان I4 دقیقاً ۶۰ درجه پس از جریان I1 می‌آید. این رابطه خاص فازی اساسی برای عملکرد صحیح رله دنباله منفی است و به آن اجازه می‌دهد تا مولفه‌های دنباله منفی در سیستم برق را به درستی تشخیص دهد و به آن‌ها واکنش نشان دهد.

به طور مشابه، جریان از فاز B در نقطه C به دو مولفه I3 و I2 تقسیم می‌شود، که I2 ۶۰ درجه پس از I3 می‌آید.

جریان I4 ۳۰ درجه پس از I1 می‌آید. به همین ترتیب، I2 ۳۰ درجه پس از IB می‌آید، در حالی که I3 ۳۰ درجه پیش از IB می‌آید. جریان عبوری از نقطه B معادل جمع جبری I1، I2 و IY است. این رابطه دقیق زاویه‌ای و جمع جریان در نقطه B برای عملکرد صحیح رله دنباله منفی ضروری است و اطمینان می‌دهد که قادر به تشخیص دقیق شرایط نامتوازن در سیستم برق با تحلیل تفاوت فاز و مقدار این جریان‌ها است.

جریان دنباله مثبت

نمودار فازی نشان‌دهنده مولفه‌های دنباله مثبت در شکل زیر نمایش داده شده است. در یک سناریوی که بار متعادل است، جریان دنباله منفی غایب است. در چنین شرایطی، جریان عبوری از رله می‌تواند با معادله زیر توصیف شود. این رابطه بین شرایط بار متعادل، غیاب جریان دنباله منفی و جریان عبوری از رله برای درک عملکرد عادی و عملکردهای محافظتی در سیستم برقی اساسی است.

عملکرد در شرایط متعادل

بنابراین، رله در طول عملکرد یک سیستم برق متعادل فعال می‌ماند و اطمینان می‌دهد که نظارت مستمر و آمادگی برای پاسخ به هرگونه ناهماهنگی بالقوه وجود دارد.

جریان دنباله منفی

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، جریان‌های I1 و I2 دارای مقادیر مساوی هستند. به دلیل مساوی و مخالف بودن آن‌ها، آن‌ها یکدیگر را لغو می‌کنند. بنابراین، فقط جریان IY از سیم‌پیچ‌های کاری رله عبور می‌کند. برای محافظت در برابر اثرات ضارب حتی بارهای کوچک، که می‌توانند به سرعت به مشکلات شدید سیستم تبدیل شوند، تنظیم جریان رله به طور متعهد کمتر از جریان نامی کامل بار تنظیم شده است. این تنظیم حساس به رله اجازه می‌دهد تا به سرعت شرایط نامتوازن ناشی از مولفه‌های دنباله منفی را تشخیص دهد و به آن‌ها واکنش نشان دهد.

جریان دنباله صفر

در مورد جریان دنباله صفر، جریان‌های I1 و I2 ۶۰ درجه از یکدیگر فاز-جابجا شده‌اند. نتیجه این دو جریان در فاز با جریان IY همزمان می‌شود. بنابراین، سیم‌پیچ کاری رله یک جریان کلی را تجربه می‌کند که دقیقاً دو برابر مقدار جریان دنباله صفر است. مهم است که بدانید با اتصال ترانسفورماتورهای جریان (CTs) در یک ساختار دلتا، رله می‌تواند برای جریان‌های دنباله صفر غیرفعال شود. در این ساختار اتصال دلتا، جریان‌های دنباله صفر از رله عبور نمی‌کنند و این امکان را فراهم می‌کند تا به طور انتخابی برخی از انواع جریان‌های خطا را فیلتر کنید یا دور بزنید، بسته به نیازهای محافظت سیستم.

رله دنباله منفی نوع القایی

ساختار یک رله دنباله منفی نوع القایی به ساختار یک رله جریان بیش از حد نوع القایی شبیه است. آن شامل یک دیسک فلزی است که معمولاً از یک سیم آلومینیوم ساخته شده و بین دو الکترومغناطیس، یکی بالایی و یکی پایینی، می‌چرخد.

الکترومغناطیس بالایی دارای دو سیم‌پیچ است. سیم‌پیچ اصلی الکترومغناطیس بالایی به سمت ثانویه ترانسفورماتور جریان (CT) متصل به خط تحت حفاظت متصل است. در حالی که سیم‌پیچ ثانویه الکترومغناطیس بالایی به طور سری با سیم‌پیچ‌های الکترومغناطیس پایینی متصل شده است.

به دلیل وجود یک تپه مرکزی، سیم‌پیچ اصلی رله سه ترمینال دارد. فاز R با کمک CTs و یک ترانسفورماتور کمکی، نیمه بالایی رله را تغذیه می‌کند، در حالی که فاز Y نیمه پایینی رله را تغذیه می‌کند. ترانسفورماتور کمکی به گونه‌ای تنظیم شده است که خروجی آن ۱۲۰ درجه پس از گذشت زمان معمولی ۱۸۰ درجه می‌آید.

عملکرد با جریان‌های دنباله مثبت

وقتی جریان‌های دنباله مثبت موجود هستند، جریان‌های IR و IY در جهت‌های مخالف از طریق سیم‌پیچ‌های اصلی رله عبور می‌کنند. جریان‌های I’R و I’Y دارای مقادیر مساوی هستند. این جریان متعادل اطمینان می‌دهد که رله در حالت غیرفعال باقی بماند، زیرا نیروی خالصی برای فعال کردن آن وجود ندارد.

عملکرد با جریان‌های دنباله منفی

در صورت وقوع خطا، جریان دنباله منفی I از طریق سیم‌پیچ اصلی رله عبور می‌کند. این جریان دنباله منفی تعادل درون رله را مختل می‌کند و یک سری اتفاقات را در پی دارد که منجر به فعال شدن رله و عملکرد محافظتی بعدی آن می‌شود.

رله عملکرد خود را آغاز می‌کند هنگامی که مقدار جریان خطا از مقدار پیش‌تنظیم رله بیشتر شود. این بدان معناست که وقتی جریان خطا به اندازه کافی بزرگ شود تا مقدار آستانه مشخص شده برای رله را تجاوز کند، رله به عملکرد محافظتی خود در سیستم برقی می‌پردازد.