Relé de Proteção de Alimentação: Um Guia Completo

رله حفاظتی فیدر دستگاهی است که فیدرهای سیستم برق را از انواع مختلف خرابی‌ها مانند شکسته شدن مدار، بار زیاد، خرابی به زمین و شکسته شدن هادی‌ها محافظت می‌کند. فیدر خط انتقال یا توزیعی است که برق را از یک زیرстан به بار یا زیرستان دیگر منتقل می‌کند. رله‌های حفاظتی فیدر برای تضمین قابلیت اطمینان و امنیت سیستم‌های برق ضروری هستند، زیرا آنها می‌توانند خرابی‌ها را سریعاً تشخیص داده و از آنها جدا کنند، خسارت به تجهیزات را جلوگیری کنند و قطع برق را به حداقل برسانند.

رله حفاظتی فاصله‌ای چیست؟

یکی از رایج‌ترین انواع رله‌های حفاظتی فیدر، رله حفاظتی فاصله‌ای یا رله مقاومتی است. رله حفاظتی فاصله‌ای با استفاده از ولتاژ (V) و جریان (I) ورودی از ترانسفورماتور پتانسیل (PT) و ترانسفورماتور جریان (CT) مربوطه، مقاومت (Z) خط فیدر را اندازه‌گیری می‌کند. مقاومت با تقسیم ولتاژ بر جریان محاسبه می‌شود: Z = V/I.

رله حفاظتی فاصله‌ای مقاومت اندازه‌گیری شده را با مقدار تنظیم شده پیش‌فرض مقایسه می‌کند که نمایانگر بیشترین مقاومت مجاز برای عملکرد عادی است. اگر مقاومت اندازه‌گیری شده کمتر از مقدار تنظیم شده باشد، به معنای وجود خرابی در خط فیدر است و رله سیگنال قطع را به برش دهنده مدار (CB) ارسال می‌کند تا خرابی را جدا کند. رله می‌تواند پارامترهای خرابی مانند جریان خرابی، ولتاژ، مقاومت، واکنش و فاصله خرابی را روی صفحه نمایش خود نمایش دهد.

فاصله خرابی فاصله از محل رله تا محل خرابی است که می‌تواند با ضرب مقاومت اندازه‌گیری شده در مقاومت خط به ازای هر کیلومتر برآورد شود. به عنوان مثال، اگر مقاومت اندازه‌گیری شده ۱۰ اهم و مقاومت خط به ازای هر کیلومتر ۰/۴ اهم/کیلومتر باشد، آنگاه فاصله خرابی ۱۰ × ۰/۴ = ۴ کیلومتر است. داشتن فاصله خرابی می‌تواند به موقعیت‌یابی و تعمیر خرابی کمک کند.

چگونه ویژگی چهارضلعی کار می‌کند؟

رله حفاظتی فاصله‌ای می‌تواند ویژگی‌های عملکردی مختلفی داشته باشد مانند دایره‌ای، مهو، چهارضلعی یا چندضلعی. ویژگی چهارضلعی یک انتخاب محبوب برای رله‌های عددی مدرن است زیرا این ویژگی انعطاف‌پذیری و دقت بیشتری در تنظیم مناطق حفاظتی ارائه می‌دهد.

ویژگی چهارضلعی یک نمودار به شکل متوازی‌الأضلاع است که منطقه حفاظتی رله را تعریف می‌کند. این نمودار چهار محور دارد: مقاومت جلو (R F)، مقاومت عقب (R B)، واکنش جلو (X F) و واکنش عقب (X B). نمودار همچنین زاویه‌ای به نام زاویه مشخصه رله (RCA) دارد که شکل متوازی‌الأضلاع را تعیین می‌کند.

ویژگی چهارضلعی می‌تواند با استفاده از مراحل زیر رسم شود:

1. مقدار R F را روی محور X مثبت و مقدار R B را روی محور X منفی تنظیم کنید.

2. مقدار X F را روی محور Y مثبت و مقدار X B را روی محور Y منفی تنظیم کنید.

3. خطی را از R F به X F با شیب RCA رسم کنید.

4. خطی را از R B به X B با شیب RCA رسم کنید.

5. متوازی‌الأضلاع را با وصل کردن R F به R B و X F به X B کامل کنید.

منطقه حفاظتی داخل متوازی‌الأضلاع است، که به این معناست که اگر مقاومت اندازه‌گیری شده در این منطقه قرار گیرد، رله قطع خواهد شد. ویژگی چهارضلعی می‌تواند چهار ربع عملکرد را پوشش دهد:

• ربع اول (مقادیر R و X مثبت): این ربع نمایانگر بار القایی و خرابی جلوی رله است.

• ربع دوم (R منفی و X مثبت): این ربع نمایانگر بار ظرفیتی و خرابی عقب رله است.

• ربع سوم (مقادیر R و X منفی): این ربع نمایانگر بار القایی و خرابی عقب رله است.

• ربع چهارم (R مثبت و X منفی): این ربع نمایانگر بار ظرفیتی و خرابی جلوی رله است.

مناطق عملکرد مختلف چیست؟

رله حفاظتی فاصله‌ای می‌تواند مناطق عملکرد مختلفی داشته باشد که با مقادیر تنظیم شده مختلف مقاومت و تأخیر زمانی تعریف می‌شوند. این مناطق طراحی شده‌اند تا با سایر رله‌های سیستم هماهنگ شوند و حفاظت پشتیبان برای فیدرهای مجاور ارائه دهند.

مناطق عملکرد معمول برای رله حفاظتی فاصله‌ای عبارتند از:

• منطقه ۱: این منطقه ۸۰٪ تا ۹۰٪ طول فیدر را پوشش می‌دهد و تأخیر زمانی ندارد. این منطقه حفاظت اصلی برای خرابی‌های درون این منطقه ارائه می‌دهد و بلافاصله قطع می‌کند.

• منطقه ۲: این منطقه ۱۰۰٪ تا ۱۲۰٪ طول فیدر را پوشش می‌دهد و تأخیر زمانی کوتاهی (معمولاً ۰/۳ تا ۰/۵ ثانیه) دارد. این منطقه حفاظت پشتیبان برای خرابی‌های فراتر از منطقه ۱ یا در فیدرهای مجاور ارائه می‌دهد.

• منطقه ۳: این منطقه ۱۲۰٪ تا ۱۵۰٪ طول فیدر را پوشش می‌دهد و تأخیر زمانی طولانی‌تری (معمولاً ۱ تا ۲ ثانیه) دارد. این منطقه حفاظت پشتیبان برای خرابی‌های فراتر از منطقه ۲ یا در فیدرهای دور ارائه می‌دهد.

برخی رله‌ها ممکن است مناطق اضافی داشته باشند، مانند منطقه ۴ برای تجاوز بار یا منطقه ۵ برای خرابی‌های فراتر از محدوده.

انواع دیگر رله‌های حفاظتی فیدر چه هستند؟

به غیر از رله‌های حفاظتی فاصله‌ای، انواع دیگری از رله‌های حفاظتی فیدر وجود دارد که می‌توانند برای کاربردهای مختلف یا در ترکیب با رله‌های حفاظتی فاصله‌ای استفاده شوند. برخی نمونه‌ها عبارتند از:

• رله‌های حفاظتی جریان بیش از حد: این رله‌ها فقط جریان را اندازه‌گیری می‌کنند و وقتی جریان از یک مقدار پیش‌فرض عبور می‌کند، قطع می‌شوند. این رله‌ها ساده، ارزان و به طور گسترده‌ای برای فیدرهای رادیال استفاده می‌شوند.

• رله‌های حفاظتی دیفرانسیل: این رله‌ها جریان‌های ورودی از هر دو سر یک فیدر را مقایسه می‌کنند و وقتی اختلاف بین آنها وجود دارد، قطع می‌شوند. این رله‌ها سریع، انتخابی و حساس برای فیدرهای کوتاه یا میله‌های توزیع هستند.

• رله‌های حفاظتی جهت‌دار: این رله‌ها هم جریان و هم ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کنند و اختلاف زاویه فازی آنها را تعیین می‌کنند. این رله‌ها فقط وقتی جریان در یک جهت خاص نسبت به ولتاژ جریان دارد، قطع می‌شوند. این رله‌ها برای فیدرهای حلقه‌ای یا موازی مفید هستند.

• رله‌های تشخیص دهنده آتش‌سوزی قوس الکتریکی: این رله‌ها از سنسورهای نوری و تشخیص سریع جریان بیش از حد برای شناسایی حوادث آتش‌سوزی قوس الکتریکی در فیدرهای استفاده می‌کنند. این رله‌ها سریع‌تر از رله‌های متعارف قطع می‌شوند و ایمنی کارکنان را بهبود می‌بخشند.

چگونه رله‌های حفاظتی فیدر را انتخاب کنیم؟

انتخاب رله‌های حفاظتی فیدر به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند:

• نوع، طول، ساختار، بارگیری، زمین‌بندی و سطح عایق فیدرهای

• در دسترس بودن، دقت، هزینه، نگهداری، ارتباط و یکپارچه‌سازی رله‌ها

• هماهنگی، انتخابی بودن، حساسیت، سرعت، قابلیت اطمینان، امنیت و پایداری طرح‌های حفاظتی

• استانداردها، مقررات، کدها، سیاست‌ها و روش‌های عملیاتی اپراتورهای سیستم برق

برخی اصول کلی برای انتخاب رله‌های حفاظتی فیدر عبارتند از: