لرزه‌داری حفاظتی
حفاظت از خط‌های تغذیه
تعریف
حفاظت از خط‌های تغذیه به معنای محافظت از خط‌های الکتریکی علیه خرابی‌ها برای تضمین تامین بی‌وقفه برق شبکه است. خط‌های تغذیه انرژی الکتریکی را از زیرمجموعه‌ها به مصرف‌کننده منتقل می‌کنند. با توجه به نقش حیاتی آنها در شبکه توزیع برق، محافظت از خط‌های تغذیه از انواع مختلف خرابی‌ها بسیار مهم است. نیازهای اصلی حفاظت از خط‌های تغذیه به شرح زیر هستند:
قطع کنتروال: در زمان وقوع خرابی کوتاه مداری، فقط دستگاه قطع کنتروال نزدیک‌ترین به محل خرابی باید باز شود، در حالی که تمامی دستگاه‌های قطع کنتروال دیگر بسته بمانند. این کار تأثیر بر تامین برق را کمینه می‌کند و محدوده قطع برق را کاهش می‌دهد.
حفاظت پشتیبان: در صورت عدم باز شدن دستگاه قطع کنتروال نزدیک‌ترین به محل خرابی، دستگاه‌های قطع کنتروال مجاور باید به عنوان حفاظت پشتیبان عمل کرده و بخش خراب را جدا کنند. این تکرارپذیری مطمئنیت سیستم کلی را تضمین می‌کند.
پاسخ بهینه رله‌ها: زمان عملکرد رله‌های حفاظتی باید به حداقل کاهش یابد تا پایداری سیستم حفظ شود و قطع بی‌دلیل مدارهای سالم جلوگیری شود. این تعادل برای مدیریت مؤثر خرابی ضروری است.
حفاظت زمان‌بندی شده
حفاظت زمان‌بندی شده یک طرح است که شامل تنظیم زمان‌های عملکرد رله‌ها به صورت متوالی است. این رویکرد مطمئن می‌کند که در زمان وقوع خرابی، فقط کوچک‌ترین قسمت ممکن از سیستم الکتریکی جدا شود، بنابراین اختلال در تامین کلی برق کمینه می‌شود. کاربردهای عملی حفاظت زمان‌بندی شده در زیر توضیح داده شده‌اند.
حفاظت از خط‌های تغذیه شعاعی
یک سیستم برق شعاعی با جریان تک‌جهت مشخص می‌شود که از مولد یا منبع تأمین به سمت مصرف‌کننده حرکت می‌کند. با این حال، این سیستم یک نقص عمده دارد: در صورت وقوع خرابی، حفظ پیوستگی تامین برق در مصرف‌کننده چالش‌برانگیز می‌شود.
در یک سیستم شعاعی که چندین خط تغذیه به صورت سری متصل شده‌اند، هدف در زمان وقوع خرابی جدا کردن کوچک‌ترین قسمت ممکن از سیستم است. حفاظت زمان‌بندی شده این هدف را مؤثر انجام می‌دهد. سیستم حفاظت از جریان بیش از حد به گونه‌ای تنظیم شده است که هر چه یک رله از ایستگاه مولد دورتر باشد، زمان عملکرد آن کوتاه‌تر است. این مکانیزم زمان‌بندی سلسله‌مراتبی مطمئن می‌کند که خرابی‌ها به نزدیک‌ترین مبدأ مسئله ممکن رفع شوند و تأثیر آنها بر بخش‌های دیگر سیستم کمینه شود.
وقتی خرابی در SS4 رخ می‌دهد، رله OC5 باید اولین رله‌ای باشد که عمل کند، نه هر رله دیگری. این بدان معناست که زمان عملکرد رله OC4 باید کوتاه‌تر از زمان عملکرد رله OC3 باشد و به همین ترتیب. این به وضوح نشان می‌دهد که چقدر زمان‌بندی صحیح برای این رله‌ها ضروری است. فاصله زمانی حداقل بین دو دستگاه قطع کنتروال مجاور با جمع زمان‌های خودشان و یک حاشیه ایمنی کوچک تعیین می‌شود.
برای دستگاه‌های قطع کنتروال معمولی، زمان تمایز حداقل بین دستگاه‌ها در زمان تنظیم حدود 0.4 ثانیه است. تنظیمات زمانی رله‌های OC1، OC2، OC3، OC4 و OC5 به ترتیب 0.2 ثانیه، 1.5 ثانیه، 1.5 ثانیه، 1.0 ثانیه، 0.5 ثانیه و فوری هستند. علاوه بر سیستم زمان‌بندی، کاهش زمان عملکرد برای خرابی‌های شدید ضروری است. این امر با اتصال فیوز‌های محدودکننده زمان به موازات با کویل‌های قطع امکان‌پذیر است.
حفاظت از خط‌های تغذیه موازی
اتصالات خط‌های تغذیه موازی عمدتاً برای تأمین بی‌وقفه برق و توزیع بار استفاده می‌شوند. وقتی خرابی در یک خط تغذیه محافظت شده رخ می‌دهد، دستگاه محافظت خرابی را تشخیص داده و خط تغذیه خراب را جدا می‌کند، که اجازه می‌دهد خط‌های تغذیه باقی‌مانده بلافاصله بار افزایش یافته را تحمل کنند.
یکی از ساده‌ترین و موثرترین روش‌های حفاظت برای رله‌ها در سیستم‌های خط‌های تغذیه موازی شامل استفاده از رله‌های بیش از حد با ویژگی‌های زمانی معکوس در سمت ارسال و رله‌های فوری معکوس یا جهت‌دار در سمت دریافت، مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. این تنظیمات امکان تشخیص و جدا کردن سریع و دقیق خرابی را فراهم می‌کند و موجب افزایش قابلیت اطمینان و پایداری سیستم خط‌های تغذیه موازی می‌شود.
وقتی خرابی شدید F در یکی از خطوط رخ می‌دهد، برق از هر دو سمت ارسال و دریافت خط به داخل خرابی جریان می‌یابد. در نتیجه، جهت جریان برق از طریق رله در نقطه D معکوس می‌شود و رله باز می‌شود.
جریان بیش از حد سپس در نقطه B محدود می‌شود تا رله بیش از حد آن فعال شده و دستگاه قطع کنتروال را باز کند. این عمل خط تغذیه خراب را کاملاً جدا می‌کند و اجازه می‌دهد تامین برق از طریق خط تغذیه سالم ادامه یابد. با این حال، این روش فقط زمانی موثر است که خرابی به اندازه کافی شدید باشد تا جهت جریان برق در D معکوس شود. بنابراین، حفاظت دیفرانسیلی علاوه بر حفاظت از بیش از حد در هر دو سمت خط به کار گرفته می‌شود تا قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی افزایش یابد.
حفاظت از سیستم حلقه اصلی
سیستم حلقه اصلی یک شبکه اتصال است که یک سری از ایستگاه‌های تولید برق را از طریق مسیرهای متعدد به هم متصل می‌کند. در این سیستم، جهت جریان برق می‌تواند به صورت مورد نیاز تنظیم شود، به ویژه زمانی که اتصالات متقابل استفاده می‌شوند.
طرح اساسی چنین سیستمی در شکل زیر نشان داده شده است، که G نمایانگر ایستگاه تولید برق و A، B، C و D نمایانگر زیرمجموعه‌ها هستند. در ایستگاه تولید برق، جریان برق در یک جهت حرکت می‌کند، بنابراین نیازی به رله‌های بیش از حد با تأخیر زمانی نیست. رله‌های بیش از حد با تأخیر زمانی در انتهای زیرمجموعه‌ها نصب شده‌اند. این رله‌ها فقط زمانی که جریان بیش از حد از زیرمجموعه‌هایی که محافظت می‌کنند دور می‌شود، عمل می‌کنند، که این امر باعث جداسازی انتخابی خرابی و حفظ پایداری سیستم حلقه اصلی می‌شود.
وقتی در جهت GABCD حرکت می‌کنیم، رله‌های سمت دور هر ایستگاه با تأخیر زمانی کاهش‌یافته تنظیم شده‌اند. در ایستگاه تولید برق، تأخیر زمانی به 2 ثانیه تنظیم شده است؛ در ایستگاه‌های A، B و C، تنظیمات به ترتیب 1.5 ثانیه، 1.0 ثانیه و 0.5 ثانیه هستند، در حالی که رله در نقطه بعدی فوری عمل می‌کند. به طور مشابه، وقتی در جهت مخالف حرکت می‌کنیم، رله‌های سمت خروجی بر اساس یک الگوی تأخیر زمانی متناسب تنظیم می‌شوند.
در صورت وقوع خرابی در نقطه F، برق از دو مسیر مجزا ABF و DCF به داخل خرابی جریان می‌یابد. رله‌هایی که فعال می‌شوند، رله‌هایی هستند که بین زیرمجموعه B و نقطه خرابی F و بین زیرمجموعه C و نقطه خرابی F قرار دارند. این تنظیمات مطمئن می‌کنند که خرابی در هر بخشی از سیستم حلقه اصلی فقط رله‌های مربوط به آن بخش خاص را فعال کند. بنابراین، بخش‌های ناپایدار سیستم می‌توانند بدون اختلال ادامه دهند و تمامیت و قابلیت اطمینان شبکه توزیع برق کلی حفظ می‌شود.
