رله حفاظت خوراک: راهنمای جامع

رله‌ی حفاظت از خط تغذیه یک دستگاه است که خطوط تغذیه سیستم برق را از انواع مختلف خرابی‌ها مانند کهربایش، بار زیاد، خرابی زمین و شکستن هادی‌ها محافظت می‌کند. یک خط تغذیه یک خط انتقال یا توزیع است که برق را از یک زیرстан به بار یا یک زیرستان دیگر منتقل می‌کند. رله‌های حفاظت از خط تغذیه برای اطمینان از قابلیت اطمینان و امنیت سیستم‌های برق ضروری هستند، زیرا می‌توانند خرابی‌ها را سریعاً تشخیص داده و آن‌ها را جدا کنند، خسارت به تجهیزات را جلوگیری کنند و قطع برق را به حداقل برسانند.

رله حفاظت فاصله‌ای چیست؟

یکی از رایج‌ترین انواع رله‌های حفاظت از خط تغذیه، رله حفاظت فاصله‌ای است که به آن رله مقاومت نیز گفته می‌شود. رله حفاظت فاصله‌ای با استفاده از ولتاژ (V) و جریان (I) از ترانسفورماتور پتانسیل (PT) و ترانسفورماتور جریان (CT) متناظر، مقاومت (Z) خط تغذیه را اندازه‌گیری می‌کند. مقاومت با تقسیم ولتاژ بر جریان محاسبه می‌شود: Z = V/I.

رله حفاظت فاصله‌ای مقاومت اندازه‌گیری شده را با یک مقدار تنظیم شده ماقبل تعیین شده 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 تغذیه است و رله سیگنال قطع را به برش‌کننده (Circuit Breaker) 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 نشان 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، فاصله خرابی ۱۰ × ۰.۴ = ۴ کیلومتر خواهد بود. داشتن فاصله خرابی می‌تواند به سرعت یافتن و تعمیر خرابی کمک کند.

چگونه مشخصه چهارضلعی کار می‌کند؟

رله حفاظت فاصله‌ای می‌تواند دارای مشخصه‌های عملکردی مختلفی مانند دایره‌ای، مهو، چهارضلعی یا چندضلعی باشد. مشخصه چهارضلعی یک گزینه محبوب برای رله‌های عددی مدرن است زیرا امکان تنظیم مناطق حفاظتی را با انعطاف‌پذیری و دقت بیشتری فراهم می‌کند.

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

مشخصه 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 از R F به X F با شیب RCA رسم کنید.

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

5. چهارضلعی را با اتصال R F به R B و X F به X B کامل کنید.

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

• چهارم اول (مقادیر R و X مثبت): این چهارم نمایانگر بار القایی و خرابی جلو از رله است.

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

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

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

مناطق مختلف عملکرد چیست؟

رله حفاظت فاصله‌ای می‌تواند دارای مناطق مختلف عملکرد باشد که با مقادیر تنظیم شده مختلف مقاومت و تأخیر زمانی تعریف می‌شوند. این مناطق طراحی شده‌اند تا با سایر رله‌ها در سیستم هماهنگ شوند و حفاظت پشتیبان برای خطوط تغذیه مجاور فراهم کنند.

مناطق عملکرد معمول برای یک رله حفاظت فاصله‌ای عبارتند از:

• منطقه ۱: این منطقه ۸۰٪ تا ۹۰٪ از طول خط تغذیه را پوشش می‌دهد و تأخیر زمانی ندارد. این منطقه حفاظت اصلی برای خرابی‌های درون این منطقه را فراهم می‌کند و به طور فوری قطع می‌شود.

• منطقه ۲: این منطقه ۱۰۰٪ تا ۱۲۰٪ از طول خط تغذیه 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 خطوط تغذیه مجاور فراهم می‌کند.

• منطقه ۳: این منطقه ۱۲۰٪ تا ۱۵۰٪ از طول خط تغذیه 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 خطوط تغذیه دوردست فراهم می‌کند.

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

انواع دیگر رله‌های حفاظت از خط تغذیه چیست؟

به غیر از رله‌های حفاظت فاصله‌ای، انواع دیگری از رله‌های حفاظت از خط تغذیه وجود دارند که می‌توانند برای کاربردهای مختلف یا در ترکیب با رله‌های حفاظت فاصله‌ای استفاده شوند. برخی نمونه‌ها عبارتند از:

• رله‌های حفاظت از جریان: این رله‌ها فقط جریان را اندازه‌گیری می‌کنند و وقتی آن را از یک مقدار تنظیم شده عبور می‌کند، قطع می‌شوند. آن‌ها ساده، ارزان و به طور گسترده برای خطوط تغذیه شعاعی استفاده می‌شوند.

• رله‌های حفاظت دیفرانسیل: این رله‌ها جریان‌های ورودی از هر دو سر یک خط تغذیه را مقایسه می‌کنند و وقتی اختلاف بین آن‌ها وجود دارد، قطع می‌شوند. آن‌ها سریع، انتخابی و حساس برای خطوط تغذیه کوتاه یا بارهای مرکزی هستند.

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

• رله‌های تشخیص آتش‌سوزی کمانی: این رله‌ها از سنسورهای نوری و تشخیص جریان سریع برای شناسایی حوادث آتش‌سوزی کمانی در خطوط تغذیه استفاده می‌کنند. آن‌ها سریع‌تر از رله‌های متعارف قطع می‌شوند و ایمنی کارکنان را بهبود می‌بخشند.

چگونه رله‌های حفاظت از خط تغذیه را انتخاب کنیم؟

انتخاب رله‌های حفاظت از خط تغذیه به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند:

• نوع، طول، ساختار، بار، زمین‌کشی و سطح عایق خطوط تغذیه

• دسترسی، دقت، هزینه، نگهداری، ارتباط و یکپارچه‌سازی رله‌ها

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

• استانداردها، مقررات، کدها، سیاست‌ها و عملیات عملگرهای سیستم برق