رله درصدی تفاضلی

تعریف: رله‌ی دیفرانسیل درصدی به عنوان نوعی از رله‌ها تعریف می‌شود که بر اساس اختلاف فاز بین دو یا چند کمیت الکتریکی مشابه عمل می‌کند. این رله نمایانگر شکل پیشرفته‌ای از رله‌ی حفاظت دیفرانسیل است. تنها تفاوت آن با سایر رله‌های دیفرانسیلی وجود سیم‌پیچ محدودکننده است. رله‌ی دیفرانسیل درصدی شامل یک سیم‌پیچ محدودکننده است که دقیقاً برای مقابله با مشکلات ناشی از ناهماهنگی نسبت جریان‌ها در زمان جریان‌های خارجی کوتاه‌مدار با مقدار بالا طراحی شده است.

در سیستم دیفرانسیل درصدی، یک سیم‌پیچ محدودکننده در داخل سیم هدایت‌کننده (پایлот) متصل می‌شود، مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. جریان‌های القاء شده در هر دو ترانسفورماتور جریان (CTs) از طریق این سیم‌پیچ محدودکننده می‌گذرند. در حالی که سیم‌پیچ عملیاتی در نقطه میانی سیم‌پیچ محدودکننده قرار دارد.

سیم‌پیچ محدودکننده ویژگی حساس رله را کنترل می‌کند. این سیم‌پیچ به منظور جلوگیری از خاموش شدن ناخواسته ترانسفورماتور به دلیل جریان‌های ناهماهنگ عمل می‌کند. علاوه بر این، سیم‌پیچ محدودکننده هارمونیک‌های موجود در جریان تخلیه را کاهش می‌دهد.

اصول کار رله‌ی دیفرانسیل درصدی

گشتاور تولید شده توسط سیم‌پیچ محدودکننده به منظور جلوگیری از بسته شدن مدار قطع عمل می‌کند، در حالی که گشتاور تولید شده توسط سیم‌پیچ عملیاتی تلاش می‌کند تا تماس‌های مدار قطع را ببندد. در شرایط عادی و در مواقع عبور بار، گشتاور تولید شده توسط سیم‌پیچ محدودکننده از گشتاور تولید شده توسط سیم‌پیچ عملیاتی بیشتر است. بنابراین، رله در حالت غیرفعال باقی می‌ماند.

وقتی یک خطا داخلی رخ می‌دهد، گشتاور عملیاتی از گشتاور محدودکننده بیشتر می‌شود. در این مرحله، تماس‌های مدار قطع بسته می‌شوند و مداربر قطع می‌شود. گشتاور محدودکننده با تغییر تعداد دوران سیم‌پیچ محدودکننده قابل تنظیم است.

به دلیل تأثیر سیم‌پیچ محدودکننده، جریان دیفرانسیل لازم برای عملکرد این رله یک کمیت متغیر است. جریان دیفرانسیل در سیم‌پیچ عملیاتی متناسب با (I1 - I2) است. چون جریان عملیاتی به نقطه میانی سیم‌پیچ محدودکننده متصل است، جریان در سیم‌پیچ محدودکننده متناسب با (I1 + I2)/2 است. در زمان خطاهای خارجی، هر دو I1 و I2 افزایش می‌یابند که منجر به افزایش گشتاور محدودکننده می‌شود. این موضوع مؤثر است در جلوگیری از خرابی ناخواسته رله.

ویژگی عملکرد رله‌ی دیفرانسیل درصدی

ویژگی عملکرد رله‌ی دیفرانسیل درصدی در شکل زیر نشان داده شده است. نمودار به وضوح نشان می‌دهد که نسبت جریان عملیاتی به جریان محدودکننده در یک درصد ثابت باقی می‌ماند. این نوع رله به عنوان رله‌ی دیفرانسیل دارای تعصب نیز شناخته می‌شود. دلیل آن این است که سیم‌پیچ محدودکننده غالباً به عنوان یک سیم‌پیچ تعصبی شناخته می‌شود، زیرا میدان مغناطیسی اضافی تولید می‌کند و عملکرد رله را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

انواع رله‌ی دیفرانسیل درصدی

رله‌ی دیفرانسیل درصدی به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شود:

• استفاده از رله‌ی دیفرانسیل درصدی در سیستم سه‌طرفه.

• رله‌ی دیفرانسیل تعصبی اندوکشنی.

این رله‌ها برای حفاظت از انواع مختلف اجزای الکتریکی مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط انتقال، و غیره استفاده می‌شوند.

1. کاربرد در سیستم سه‌طرفه

این نوع رله‌ی دیفرانسیل درصدی می‌تواند برای عناصر الکتریکی با بیش از دو سر مورد استفاده قرار گیرد. در یک کانفیگوراسیون سه‌طرفه، هر سر با یک سیم‌پیچ با تعداد دوران یکسان مرتبط است. گشتاورهای تولید شده توسط این سیم‌پیچ‌ها مستقل از یکدیگر عمل می‌کنند و به صورت حسابی ترکیب می‌شوند.

ویژگی شیب درصدی رله بر اساس توزیع جریان بین سیم‌پیچ‌های محدودکننده متفاوت است. این رله‌ها طراحی شده‌اند تا به صورت فوری یا با سرعت بالا عمل کنند و پاسخ سریعی به شرایط ناهماهنگ ارائه دهند.

2. رله‌ی دیفرانسیل تعصبی اندوکشنی

رله‌ی دیفرانسیل تعصبی اندوکشنی شامل یک دیسک مفصلی است که در فواصل هوا بین دو الکترومغناطیس حرکت می‌کند. یک حلقه‌ی مسی به بخشی از هر قطب متصل است و این حلقه قابلیت حرکت به سمت، درون یا دور از قطب را دارد. این ترتیب مکانیکی نقش مهمی در عملکرد رله دارد و به آن اجازه می‌دهد تا تفاوت‌های کمیت‌های الکتریکی را تشخیص دهد و در صورت نیاز اقدامات محافظتی را انجام دهد.

دیسک تحت تأثیر دو گشتاور متفاوت قرار می‌گیرد: یکی توسط عنصر عملیاتی و دیگری توسط عنصر محدودکننده. وقتی حلقه‌های سایه‌دار هر دو عنصر در موقعیت یکسان قرار می‌گیرند، گشتاور محدودکننده وارد بر حلقه صفر می‌شود. اما وقتی حلقه‌ی سایه‌دار عنصر محدودکننده به داخل هسته‌ی آهنی منتقل می‌شود، گشتاور تولید شده توسط عنصر محدودکننده از گشتاور عملیاتی بیشتر می‌شود.