دیفرانسیل رله

رله‌های مورد استفاده در حفاظت سیستم برق از انواع مختلفی برخوردار هستند. در میان آنها رله دیفرانسیل برای محافظت ترانسفورماتورها و ژنراتورها از خطاهای محلی بسیار معمول است.
رله‌های دیفرانسیل به خطاهای داخل منطقه حفاظت بسیار حساس هستند اما به خطاهای خارج از منطقه حفاظت کمتر حساس هستند. بیشتر رله‌ها زمانی عمل می‌کنند که مقداری فراتر از مقدار پیش‌بینی شده شود، مثلاً رله جریان زیاد زمانی عمل می‌کند که جریان از مقدار پیش‌بینی شده فراتر رود. اما اصل کار رله دیفرانسیل کمی متفاوت است. این رله بر اساس تفاوت بین دو یا چند کمیت الکتریکی مشابه عمل می‌کند.

تعریف رله دیفرانسیل

رله دیفرانسیل آن است که زمانی عمل می‌کند که تفاوت بین دو یا چند کمیت الکتریکی مشابه از یک مقدار پیش‌بینی شده فراتر رود. در طرح مدار رله دیفرانسیل، دو جریان از دو بخش مدار قدرت الکتریکی می‌آیند. این دو جریان در نقطه تقاطعی که یک لپی رله به آن متصل است، با هم ملاقات می‌کنند. بر اساس قانون جریان کیرشهف، جریان نتیجه‌ای که از طریق لپی رله می‌گذرد همان جمع دو جریان، که از دو بخش مختلف مدار قدرت الکتریکی می‌آیند، است. اگر قطبیت و دامنه هر دو جریان به گونه‌ای تنظیم شوند که مجموع فازی این دو جریان در شرایط عادی صفر باشد، بنابراین در شرایط عادی هیچ جریانی از طریق لپی رله نخواهد گذشت. اما در صورت بروز هر گونه ناهماهنگی در مدار قدرت، اگر این تعادل شکسته شود، یعنی مجموع فازی این دو جریان دیگر صفر نباشد و جریان غیرصفری از طریق لپی رله خواهد گذشت و بنابراین رله عمل خواهد کرد.

در طرح دیفرانسیل جریان، دو مجموعه تبدیل‌کننده جریان وجود دارد که هر یک به یک طرف تجهیزات محافظ شده توسط رله دیفرانسیل متصل می‌شود. نسبت تبدیل‌کننده‌های جریان به گونه‌ای انتخاب می‌شود که جریان‌های ثانویه هر دو تبدیل‌کننده جریان در مقدار با یکدیگر همخوانی داشته باشند.
قطبیت تبدیل‌کننده‌های جریان به گونه‌ای است که جریان‌های ثانویه آنها یکدیگر را مقایسه می‌کنند. از مدار واضح است که فقط اگر تفاوت غیرصفری بین این دو جریان ثانویه ایجاد شود، فقط این جریان دیفرانسیل از طریق لپی عملیاتی رله خواهد گذشت. اگر این تفاوت بیش از مقدار پیک رله باشد، آن رله عمل خواهد کرد تا دستگاه‌های قطع‌کننده مدار را برای جدا کردن تجهیزات محافظ شده از سیستم باز کند. عنصر رله‌ای که در رله دیفرانسیل استفاده می‌شود نوع لپی فوری با آرماتور جذب‌کننده است، زیرا طرح دیفرانسیل فقط برای رفع خطاهای داخل تجهیزات محافظ شده مناسب است، به عبارت دیگر رله دیفرانسیل فقط باید خطاهای داخلی تجهیزات را رفع کند و بنابراین تجهیزات محافظ شده باید به محض بروز هر خطای داخلی جدا شود. نیازی به تأخیر زمانی برای هماهنگی با سایر رله‌های سیستم نیست.

انواع رله دیفرانسیل

به طور کلی دو نوع رله دیفرانسیل بر اساس اصل عملکرد وجود دارد.

1. رله دیفرانسیل تعادل جریان

2. رله دیفرانسیل تعادل ولتاژ

در رله دیفرانسیل جریان دو تبدیل‌کننده جریان روی هر دو طرف تجهیزات محافظ شده نصب می‌شوند. مدارهای ثانویه تبدیل‌کننده‌های جریان به گونه‌ای به هم متصل می‌شوند که جریان ثانویه تبدیل‌کننده‌های جریان در جهت یکسان حرکت کنند.

لپی عملیاتی عنصر رله‌ای به طور متقابل در مدار ثانویه تبدیل‌کننده‌های جریان متصل می‌شود. در شرایط عادی عملکرد، تجهیزات محافظ شده (سوپر ترانسفورماتور یا ژنراتور) جریان عادی را حمل می‌کنند. در این وضعیت، فرض کنید جریان ثانویه تبدیل‌کننده جریان CT1 I1 و جریان ثانویه تبدیل‌کننده جریان CT2 I2 است. از مدار نیز مشخص است که جریان عبوری از لپی رله همان I1-I2 است. همانطور که قبلاً گفتیم، نسبت و قطبیت تبدیل‌کننده‌های جریان به گونه‌ای انتخاب می‌شود که I1 = I2، بنابراین هیچ جریانی از طریق لپی رله نخواهد گذشت. حالا اگر هر گونه خطا در خارج از منطقه پوشش داده شده توسط تبدیل‌کننده‌های جریان بروز کند، جریان خطا از طریق اولیه هر دو تبدیل‌کننده جریان عبور می‌کند و بنابراین جریان‌های ثانویه هر دو تبدیل‌کننده جریان همانند شرایط عادی عملکرد باقی می‌مانند. بنابراین در آن وضعیت رله عمل نخواهد کرد. اما اگر هر گونه خطا در داخل تجهیزات محافظ شده مانند آنچه نشان داده شده، دو جریان ثانویه دیگر با یکدیگر مساوی نخواهند بود. در آن صورت رله دیفرانسیل عمل خواهد کرد تا تجهیزات معیوب (ترانسفورماتور یا ژنراتور) را از سیستم جدا کند.
در اصل این نوع سیستم‌های رله‌ای با برخی از محدودیت‌ها مواجه هستند

1. احتمال عدم همخوانی در阻断生成