رله حفاظت دیفرانسیل

تعریف

رله حفاظت دیفرانسیل نوعی رله است که عملکرد آن به تفاوت فاز بین دو یا چند کمیت الکتریکی وابسته است. این رله بر اساس مقایسه زاویه فاز و مقدار همان کمیت‌های الکتریکی 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 یک خرابی از طریق آن جریان دارد. 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 فاز داشته باشند.

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

• رله دیفرانسیل جریان

• رله دیفرانسیل ولتاژ

• رله دیفرانسیل متعادل یا درصدی

• رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ

رله دیفرانسیل جریان

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

در شکل زیر تنظیم رله جریان بیش از حد نشان داده شده است. خط نقطه‌چین بخشی را که قرار است محافظت شود نشان می‌دهد. ترانسفورماتورهای جریان (CTs) در هر دو انتها قرار گرفته‌اند. ثانویه‌های این ترانسفورماتورها از طریق سیم‌های هدایتگر به صورت سری متصل شده‌اند. بنابراین، جریان‌های القایی در CTs به یک جهت جریان دارند. سیم‌پیچ عملیاتی رله به ثانویه‌های CTs متصل شده است.

در شرایط عادی، مقادیر جریان‌ها در ثانویه‌های ترانسفورماتورهای جریان (CTs) یکسان هستند که منجر به عدم جریان جریان در سیم‌پیچ عملیاتی می‌شود. اما وقتی خرابی رخ می‌دهد، مقادیر جریان‌ها در ثانویه‌های CTs نامساوی می‌شوند که باعث عملکرد رله می‌شود.

سیم‌پیچ دیفرانسیل متعادل یا درصدی

رله دیفرانسیل متعادل یا درصدی پرکاربردترین نوع رله دیفرانسیل است. تنظیم آن مشابه رله دیفرانسیل جریان است. تفاوت اصلی در این است که یک سیم‌پیچ محدودکننده اضافی دارد که به سیم‌های هدایتگر متصل شده است، مانند شکل زیر.

سیم‌پیچ عملیاتی در وسط سیم‌پیچ محدودکننده متصل شده است. وقتی جریان خرابی رخ می‌دهد، نسبت جریان در ترانسفورماتورهای جریان نامتوازن می‌شود. اما این مسئله با سیم‌پیچ محدودکننده به خوبی حل می‌شود.

رله دیفرانسیل متعادل القایی

رله دیفرانسیل متعادل القایی یک دیسک دارد که بین الکترومغناطیس‌ها آزادانه می‌چرخد. هر الکترومغناطیس با یک حلقه سایه‌دار مسی تجهیز شده است که می‌تواند داخل و خارج الکترومغناطیس حرکت کند. دیسک تحت تأثیر هر دو عنصر عملیاتی و محدودکننده قرار می‌گیرد که منجر به یک نیروی خالص روی آن می‌شود.

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

رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ

رله دیفرانسیل جریان برای محافظت از فیدرهای مناسب نیست. برای محافظت از فیدرهای، رله‌های دیفرانسیل تعادل ولتاژ استفاده می‌شوند. در تنظیم یک رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ، دو ترانسفورماتور جریان یکسان در هر دو انتها قرار گرفته و از طریق سیم‌های هدایتگر متصل شده‌اند.

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 نمی‌کند. رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ از ترانسفورماتورهای جریان با هسته هوایی استفاده می‌کند که در آن ولتاژ‌ها به تناسب جریان عبوری القاء می‌شوند.

وقتی خرابی در بخش محافظت شده رخ می‌دهد، جریان‌های در ترانسفورماتورهای جریان (CTs) نامتوازن می‌شوند. این نامتوازنی ولتاژ‌ها را در ثانویه‌های CTs مختل می‌کند. بنابراین، جریانی از طریق سیم‌پیچ عملیاتی رله شروع به جریان می‌کند. در نتیجه، رله فعال شده و دستوری به مداربر قطع داده و بخش معیوب مدار را جدا می‌کند.