دیفرانسیل محافظ رله

تعریف

رله حفاظت دیفرانسیل نوعی رله است که عملکرد آن به تفاوت فاز بین دو یا چند کمیت الکتریکی بستگی دارد. این رله بر اساس مقایسه زاویه فاز و مقدار کمیت‌های الکتریکی مشابه عمل می‌کند.

مثال

به عنوان مثال، مقایسه جریان‌های ورودی و خروجی یک خط انتقال را در نظر بگیرید. اگر مقدار جریان ورودی خط انتقال از جریان خروجی آن بیشتر باشد، نشان می‌دهد که جریان اضافی به دلیل عیب از طریق آن جریان می‌یابد. این تفاوت جریان می‌تواند رله حفاظت دیفرانسیل را فعال کند.

شرایط ضروری برای عملکرد

برای عملکرد صحیح یک رله حفاظت دیفرانسیل، شرایط زیر باید برقرار باشند:

• شبکه‌ای که رله در آن استفاده می‌شود باید دو یا چند کمیت الکتریکی مشابه داشته باشد.

• این کمیت‌ها باید تقریباً ۱۸۰ درجه اختلاف فازی داشته باشند.

رله‌های حفاظت دیفرانسیل برای محافظت از اجزای مختلف الکتریکی مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط تغذیه، موتورهای بزرگ و میله‌های توزیع استفاده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند به صورت زیر طبقه‌بندی شوند:

• رله دیفرانسیل جریان

• رله دیفرانسیل ولتاژ

• رله دیفرانسیل پاداش یا درصدی

• رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ

رله دیفرانسیل جریان

رله دیفرانسیل جریان نوعی رله است که تفاوت فاز بین جریان ورودی به سیستم الکتریکی و جریان خروجی از آن را تشخیص می‌دهد و به آن واکنش نشان می‌دهد. شکل زیر یک ترتیب را نشان می‌دهد که در آن رله‌های جریان بیش از حد به گونه‌ای متصل شده‌اند که به عنوان یک رله دیفرانسیل عمل کنند.

ترتیب رله جریان بیش از حد در شکل زیر نشان داده شده است. خط نقطه‌چین بخشی را که قرار است محافظت شود نشان می‌دهد. ترانسفورماتورهای جریان (CTs) در هر دو سر منطقه محافظت شده قرار دارند. ثانویه‌های این ترانسفورماتورها از طریق سیم‌های هدایتگر به صورت سری متصل شده‌اند. بنابراین، جریان‌های القاء شده در CTs در یک جهت جریان می‌یابند. سیم پیچ عملیاتی رله به ثانویه‌های CTs متصل شده است.

در شرایط عملیاتی عادی، مقدار جریان‌های در ثانویه‌های ترانسفورماتورهای جریان (CTs) یکسان است، که نتیجه آن عدم جریان جریان از طریق سیم پیچ عملیاتی است. اما وقتی عیبی رخ می‌دهد، مقدار جریان‌های در ثانویه‌های CTs نامساوی می‌شود، که باعث عملکرد رله می‌شود.

سیم پیچ دیفرانسیل پاداش یا درصدی

رله دیفرانسیل پاداش یا درصدی نوع رایج‌ترین رله دیفرانسیل است. ترتیب آن مشابه رله دیفرانسیل جریان است. تفاوت اصلی در این است که یک سیم پیچ محدود کننده اضافی وجود دارد که از طریق سیم‌های هدایتگر متصل شده است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

سیم پیچ عملیاتی در نقطه میانی سیم پیچ محدود کننده متصل شده است. وقتی جریان عیبی رخ می‌دهد، نسبت جریان در ترانسفورماتورهای جریان نامتوازن می‌شود. اما این مشکل به طور موثری توسط سیم پیچ محدود کننده حل می‌شود.

رله دیفرانسیل پاداش اندوکشنی

رله دیفرانسیل پاداش اندوکشنی شامل یک دیسک است که آزادانه بین الکترومغناطیس‌ها می‌چرخد. هر الکترومغناطیس با یک حلقه سایه‌ای مسی مجهز شده است که می‌تواند در و خارج از الکترومغناطیس حرکت کند. دیسک تحت تأثیر هر دو عنصر عملیاتی و محدود کننده قرار می‌گیرد، که نتیجه آن یک نیروی خالص روی آن است.

وقتی موقعیت حلقه سایه‌ای برای هر دو عنصر عملیاتی و محدود کننده متعادل است، گشتاور نتیجه‌ای که روی حلقه وارد می‌شود صفر می‌شود. اما اگر حلقه به سمت هسته آهن حرکت کند، گشتاورهای نامساوی به دلیل تأثیر ترکیبی سیم‌پیچ‌های عملیاتی و محدود کننده روی حلقه وارد می‌شود.

رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ

رله دیفرانسیل جریان برای محافظت از خطوط تغذیه مناسب نیست. برای محافظت از خطوط تغذیه، از رله‌های دیفرانسیل تعادل ولتاژ استفاده می‌شود. در یک تنظیم رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ، دو ترانسفورماتور جریان یکسان در هر دو سر منطقه محافظت شده قرار داده شده و از طریق سیم‌های هدایتگر متصل می‌شوند.

این رله‌ها به صورت سری با ثانویه‌های ترانسفورماتورهای جریان متصل شده‌اند. آن‌ها به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که در شرایط عادی هیچ جریانی از طریق آن‌ها عبور نکند. رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ از ترانسفورماتورهای جریان با هسته هوایی استفاده می‌کند که ولتاژ‌های القاء شده در آن‌ها متناسب با جریان عبوری از آن‌ها است.

وقتی عیبی در منطقه محافظت شده رخ می‌دهد، جریان‌های در ترانسفورماتورهای جریان (CTs) نامتعادل می‌شوند. این نامتوازنی ولتاژ‌های در ثانویه‌های CTs را مختل می‌کند. در نتیجه، جریان از طریق سیم پیچ عملیاتی رله شروع به جریان می‌کند. به عنوان نتیجه، رله فعال می‌شود و دستوری به شکاف‌گر مدار می‌دهد تا آن را باز کرده و بخش معیوب مدار را جدا کند.