خط یا فیدر را محافظت کنید
از آنجا که طول خط انتقال برق معمولاً کافی است و در محیط باز قرار دارد، احتمال وقوع خطا در خط انتقال برق بسیار بیشتر از ترانسفورماتورهای برق و ژنراتورهای جریان متناوب است. به همین دلیل، یک خط انتقال نیاز به برنامه‌های محافظتی بسیار بیشتری نسبت به یک ترانسفورماتور و یک ژنراتور جریان متناوب دارد.
حفاظت خط باید ویژگی‌های خاصی داشته باشد، مانند-
در زمان خرابی، تنها قطع‌کننده مدار نزدیک‌ترین به نقطه خرابی باید قطع شود.
اگر قطع‌کننده مدار نزدیک‌ترین به نقطه خرابی نتواند قطع شود، قطع‌کننده مدار بعدی به عنوان پشتیبان عمل می‌کند.
زمان عمل مدار مرتبط با حفاظت خط باید حداقل ممکن باشد تا از قطع غیرضروری قطع‌کننده‌های مدار مربوط به بخش‌های سالم سیستم برق جلوگیری شود.
این نیازهای ذکر شده باعث می‌شود که حفاظت خط انتقال بسیار متفاوت از حفاظت ترانسفورماتور و سایر تجهیزات سیستم‌های برق باشد. سه روش اصلی حفاظت خط انتقال عبارتند از –
حفاظت با زمان‌بندی شده بر اساس جریان.
حفاظت دیفرانسیل.
حفاظت با فاصله.
حفاظت با زمان‌بندی شده بر اساس جریان
این می‌تواند به صورت ساده‌تر به عنوان حفاظت با جریان بالا خط انتقال برق شناخته شود. حال بیایید به موارد مختلف حفاظت با زمان‌بندی شده بر اساس جریان بپردازیم.
حفاظت از فیدر شعاعی
در فیدرهای شعاعی، انرژی فقط در یک جهت حرکت می‌کند، که از منبع به بار است. این نوع فیدرها می‌توانند به راحتی با استفاده از رله‌های زمان‌بندی مشخص یا رله‌های زمان‌بندی معکوس محافظت شوند.
حفاظت خط با رله زمان‌بندی مشخص
این طرح حفاظت بسیار ساده است. در اینجا خط کامل به بخش‌های مختلف تقسیم می‌شود و هر بخش با یک رله زمان‌بندی مشخص تجهیز می‌شود. رله نزدیک‌ترین به انتهای خط تنظیم زمان کمتری دارد در حالی که تنظیم زمان رله‌های دیگر به ترتیب افزایش می‌یابد، به سمت منبع.
به عنوان مثال، فرض کنید منبعی در نقطه A وجود دارد، در شکل زیر
در نقطه D قطع‌کننده مدار CB-3 با زمان عمل رله مشخص 0.5 ثانیه نصب شده است. به ترتیب، در نقطه C قطع‌کننده مدار CB-2 با زمان عمل رله مشخص 1 ثانیه نصب شده است. قطع‌کننده مدار بعدی CB-1 در نقطه B نصب شده که نزدیک‌ترین به نقطه A است. در نقطه B، رله با زمان عمل 1.5 ثانیه تنظیم شده است.
حالا، فرض کنید خرابی در نقطه F رخ می‌دهد. به دلیل این خرابی، جریان خرابی از تمام تبدیل‌کننده‌های جریان یا CTs متصل شده در خط می‌گذرد. اما چون زمان عمل رله در نقطه D کمتر است، CB-3 مرتبط با این رله ابتدا قطع می‌شود تا ناحیه خرابی از بخش‌های سالم خط جدا شود. در صورت عدم قطع CB-3 به دلیل هر دلیلی، رله بعدی با زمان عمل بیشتر عمل می‌کند و قطع‌کننده مدار مرتبط با آن را قطع می‌کند. در این صورت، CB-2 قطع می‌شود. اگر CB-2 نیز نتواند قطع شود، قطع‌کننده مدار بعدی یعنی CB-1 قطع می‌شود تا بخش عمده‌ای از خط جدا شود.
مزایای حفاظت خط با زمان‌بندی مشخص
مزیت اصلی این طرح سادگی است. مزیت دوم مهم این است که در زمان خرابی، فقط قطع‌کننده مدار نزدیک‌تر به منبع از نقطه خرابی عمل می‌کند تا موقعیت خاص خط جدا شود.
معایب حفاظت خط با زمان‌بندی مشخص
اگر تعداد بخش‌های خط بسیار زیاد باشد، تنظیم زمان رله نزدیک‌تر به منبع بسیار طولانی خواهد بود. بنابراین در هر خرابی نزدیک به منبع، زمان زیادی برای جداسازی آن لازم خواهد بود. این می‌تواند تأثیرات مخرب شدیدی بر سیستم داشته باشد.
حفاظت خط با جریان بالا با رله معکوس
معایبی که در حفاظت با زمان‌بندی مشخص جریان بالا خط انتقال برق بحث شد، می‌تواند با استفاده از رله‌های معکوس به راحتی غلبه شود. در رله معکوس، زمان عمل به صورت معکوس با جریان خرابی متناسب است.
در شکل بالا، تنظیم زمان کلی رله در نقطه D کمترین است و به ترتیب این تنظیم زمان برای رله‌های مرتبط با نقاط به سمت نقطه A افزایش می‌یابد.
در صورت خرابی در نقطه F، به وضوح CB-3 در نقطه D قطع می‌شود. در صورت عدم قطع CB-3، CB-2 به دلیل تنظیم زمان بیشتر در رله مربوط به نقطه C عمل می‌کند.
با این حال، تنظیم زمان رله نزدیک‌ترین به منبع بیشترین است، اما همچنان در دوره کوتاه‌تری قطع می‌شود، اگر خرابی عمده‌ای در نزدیکی منبع رخ دهد، زیرا زمان عمل رله به صورت معکوس با جریان خرابی متناسب است.
حفاظت جریان بالا از فیدرهای موازی
برای حفظ پایداری سیستم، نیاز است که بار از منبع توسط دو یا بیش از دو فیدر موازی تغذیه شود. اگر خرابی در هر یک از فیدرهای موازی رخ دهد، فقط آن فیدر خراب باید از سیستم جدا شود تا پیوستگی تغذیه از منبع به بار حفظ شود. این نیاز حفاظت از فیدرهای موازی را کمی پیچیده‌تر از حفاظت ساده جریان بالا خط مانند در فیدرهای شعاعی می‌کند. حفاظت از فیدرهای موازی نیازمند استفاده از رله‌های جهت‌دار و تنظیم زمان رله برای قطع انتخابی است.
دو فیدر موازی از منبع به بار متصل شده‌اند. هر دو فیدر دارای رله جریان بالا غیرجهت‌دار در سمت منبع هستند. این رله‌ها باید رله معکوس باشند. همچنین هر دو فیدر دارای رله جهت‌دار یا رله قدرت معکوس در سمت بار هستند. رله‌های قدرت معکوس استفاده شده باید نوع فوری باشند. یعنی این رله‌ها باید به محض معکوس شدن جریان قدرت در فیدر عمل کنند. جهت عادی جریان از منبع به بار است.
حالا، فرض کنید خرابی در نقطه F رخ می‌دهد، بگویید جریان خرابی If است. این خرابی دو مسیر موازی از منبع خواهد داشت، یکی از طریق قطع‌کننده مدار A فقط و دیگری از طریق CB-B، فیدر-2، CB-Q، باربوس و CB-P. این به وضوح در شکل زیر نشان داده شده است، جایی که IA و IB جریان خرابی به ترتیب توسط فیدر-1 و فیدر-2 تقسیم می‌شود.
بر اساس قانون جریان کیرشهف، IA + IB = If.
حالا، IA از طریق CB-A جریان می‌یابد، IB از طریق CB-P جریان می‌یابد. از آنجا که جهت جریان CB-P معکوس شده است، فوراً قطع می‌شود. اما CB-Q قطع نمی‌شود زیرا جریان (قدرت) در این قطع‌کننده مدار معکوس نشده است. به محض قطع CB-P، جریان خرابی IB از فیدر متوقف می‌شود و بنابراین هیچ امکان عمل رله جریان بالا معکوس دیگری وجود ندارد. IA همچنان حتی پس از قطع CB-P جریان می‌یابد. سپس به دلیل جریان بالا IA، CB-A قطع می‌شود. به این ترتیب فیدر خراب از سیستم جدا می‌شود.
