حفاظت بر خطوط یا فیدر
زیرا طول خط انتقال برق معمولاً به اندازه کافی طولانی است و از جو باز عبور می‌کند، احتمال وقوع خرابی در خط انتقال برق بسیار بیشتر از تبدیل‌کننده‌های توان الکتریکی و ژنراتورهای جریان متناوب است. بنابراین یک خط انتقال نیاز به طرح‌های محافظتی بسیار بیشتری نسبت به یک تبدیل‌کننده و یک ژنراتور جریان متناوب دارد.
حفاظت خط باید برخی ویژگی‌های خاصی داشته باشد، مانند-
در زمان خرابی، تنها بریکرهای مدار نزدیک‌ترین به نقطه خرابی باید قطع شود.
اگر بریکر نزدیک‌ترین به نقطه خرابی، نتواند قطع شود، بریکر بعدی در صورت پشتیبانی عمل خواهد کرد.
زمان عمل رله مرتبط با حفاظت خط باید حداقل ممکن باشد تا از قطع غیرضروری بریکرهای مرتبط با بخش‌های سالم سیستم برق جلوگیری شود.
این نیازمندی‌های ذکر شده باعث می‌شود که حفاظت خط انتقال بسیار متفاوت از حفاظت تبدیل‌کننده و سایر تجهیزات سیستم‌های برق باشد. سه روش اصلی حفاظت خط انتقال عبارتند از –
حفاظت زمان‌بندی شده بیش از جریان.
حفاظت دیفرانسیل.
حفاظت فاصله.
حفاظت زمان‌بندی شده بیش از جریان
این ممکن است به سادگی به عنوان حفاظت بیش از جریان خط انتقال برق اشاره شود. حال بیایید به موارد مختلف حفاظت زمان‌بندی شده بیش از جریان بپردازیم.
حفاظت فیدر شعاعی
در فیدرهای شعاعی، توان به یک جهت فقط منتقل می‌شود 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 حفاظتی بسیار ساده است. در اینجا خط کامل به بخش‌های مختلف تقسیم شده و هر بخش با رله زمان‌بندی مشخص تجهیز شده است. رله نزدیک‌ترین به انتهای خط تنظیمات زمانی کمتری دارد در حالی که تنظیمات زمانی رله‌های دیگر به تدریج افزایش می‌یابد، به سمت منبع.
به عنوان مثال، فرض کنید یک منبع در نقطه A وجود دارد، در شکل زیر
در نقطه D، بریکر مدار CB-3 با زمان عمل رله مشخص 0.5 ثانیه نصب شده است. به ترتیب، در نقطه C یک بریکر مدار CB-2 با زمان عمل رله مشخص 1 ثانیه نصب شده است. بریکر بعدی CB-1 در نقطه B که نزدیک‌ترین به نقطه A است نصب شده است. در نقطه B، رله با زمان عمل 1.5 ثانیه تنظیم شده است.
حالا، فرض کنید یک خرابی در نقطه F رخ می‌دهد. به دلیل این خرابی، جریان خرابی از تمام تبدیل‌کننده‌های جریان یا CTها متصل شده در خط عبور می‌کند. اما چون زمان عمل رله در نقطه D کمترین است، CB-3 مرتبط با این رله ابتدا قطع می‌شود تا منطقه خرابی از بخش‌های سالم خط جدا شود. در صورت عدم قطع CB-3 به هر دلیلی، رله بعدی با زمان بیشتر عمل خواهد کرد تا بریکر مرتبط آن قطع شود. در این صورت، CB-2 قطع می‌شود. اگر CB-2 نیز نتواند قطع شود، بریکر بعدی یعنی CB-1 قطع می‌شود تا بخش اعظم خط جدا شود.
مزایای حفاظت خط با زمان مشخص
مزیت اصلی این طرح سادگی است. مزیت دوم مهم این است که در زمان خرابی، تنها بریکر نزدیک‌ترین به منبع از نقطه خرابی عمل خواهد کرد تا موقعیت خاص خط جدا شود.
معایب حفاظت خط با زمان مشخص
اگر تعداد بخش‌های خط بسیار زیاد باشد، تنظیمات زمانی رله نزدیک‌ترین به منبع بسیار طولانی خواهد بود. بنابراین هر خرابی نزدیک به منبع وقت زیادی برای جداسازی خواهد داشت. این ممکن است تأثیرات مخرب شدیدی بر سیستم وارد کند.
حفاظت خط بیش از جریان با رله معکوس
نقایصی که در مورد حفاظت زمان‌بندی شده بیش از جریان خط انتقال برق بحث کردیم، می‌تواند با استفاده از رله‌های معکوس رفع شود. در رله معکوس، زمان عمل به صورت معکوس با جریان خرابی متناسب است.
در شکل بالا، تنظیمات کلی زمان رله در نقطه D کمترین است و به تدریج این تنظیمات زمانی برای رله‌های مرتبط با نقاط به سمت نقطه A افزایش می‌یابد.
در صورت خرابی در نقطه F، CB-3 در نقطه D قطع می‌شود. در صورت عدم قطع CB-3، CB-2 عمل خواهد کرد چون تنظیمات زمانی کلی در آن رله در نقطه C بیشتر است.
اگرچه تنظیمات زمانی رله نزدیک‌ترین به منبع بیشترین است، اما هنوز در دوره کوتاه‌تری قطع خواهد شد، اگر خرابی بزرگی نزدیک به منبع رخ دهد، چون زمان عمل رله به صورت معکوس با جریان خرابی متناسب است.
حفاظت بیش از جریان فیدرهای موازی
برای حفظ پایداری سیستم، لازم است که یک بار را از طریق دو یا چند فیدر موازی تغذیه شود. اگر خرابی در یکی از فیدرهای رخ دهد، تنها آن فیدر خرابی‌دار باید از سیستم جدا شود تا پیوستگی تغذیه از منبع به بار حفظ شود. این نیاز موجب می‌شود که حفاظت فیدرهای موازی کمی پیچیده‌تر از حفاظت ساده بیش از جریان خط در مورد فیدرهای شعاعی باشد. حفاظت فیدرهای موازی نیاز به استفاده از رله‌های جهت‌دار و تنظیم زمانی رله برای قطع انتخابی دارد.
دو فیدر موازی از منبع به بار متصل شده‌اند. هر دو فیدر دارای رله بیش از جریان غیرجهت‌دار در انتهای منبع هستند. این رله‌ها باید رله‌های معکوس باشند. همچنین هر دو فیدر دارای رله جهت‌دار یا رله قدرت معکوس در انتهای بار هستند. رله‌های قدرت معکوس استفاده شده باید از نوع فوری باشند. یعنی این رله‌ها باید به محض معکوس شدن جریان توان در فیدر عمل کنند. جهت عادی جریان از منبع به بار است.
حالا، فرض کنید یک خرابی در نقطه F رخ می‌دهد، مثلاً جریان خرابی If است. این خرابی دو مسیر موازی از منبع خواهد داشت، یکی از طریق بریکر مدار A فقط و دیگری از طریق CB-B، فیدر-2، CB-Q، بار بوس و CB-P. این به وضوح در شکل زیر نشان داده شده است، که IA و IB جریان خرابی است که توسط فیدر-1 و فیدر-2 به ترتیب تقسیم شده است.
طبق قانون جریان کیرشهوف، IA + IB = If.
حالا، IA از طریق CB-A جریان می‌یابد، IB از طریق CB-P جریان می‌یابد. چون جهت جریان CB-P معکوس شده است، فوراً قطع می‌شود. اما CB-Q قطع نمی‌شود چون جریان (قدرت) در این بریکر معکوس نشده است. به محض قطع CB-P، جریان خرابی IB از فیدر توقف می‌یابد و بنابراین سوالی برای عمل کردن رله بیش از جریان معکوس نیست. IA حتی پس از قطع CB-P همچنان جریان می‌یابد. سپس به دلیل بیش از جریان IA، CB-A قطع می‌شود. به این ترتیب فیدر خرابی‌دار از سیستم جدا می‌شود.
