پایه‌های حفاظت رله: انواع خطاها در خطوط انتقال و طرح‌های حفاظتی اساسی
۱. انواع خرابی‌ها در خطوط برق
خرابی‌های فاز به فاز:
شورت سه فازی
شورت دو فازی
خرابی‌های زمینی:
شورت یک فاز به زمین
شورت دو فاز به زمین
شورت سه فاز به زمین
۲. تعریف دستگاه‌های حفاظت رله‌ای
وقتی ناهماهنگی یا خرابی در یک مولفه از سیستم برق رخ می‌دهد، دستگاه‌های حفاظت رله‌ای آن مولفه خراب یا ناهماهنگ را به سرعت و انتخابی از سیستم جدا می‌کنند تا عملکرد طبیعی مدارهای سالم باقی‌مانده تضمین شود.
به عنوان مثال: حفاظت جریان بیش از حد، حفاظت فاصله، حفاظت دنباله صفر و حفاظت فرکانس بالا.
حفاظت اصلی: حفاظتی که پایه‌ای برای ثبات سیستم و ایمنی تجهیزات در زمان خرابی شورت مداری است. این حفاظت ابتدا قطع کننده را قطع کرده و خرابی‌ها را به طور انتخابی از تجهیزات یا خط کامل جدا می‌کند.
حفاظت پشتیبان: حفظ‌تی که خرابی را حذف می‌کند اگر حفاظت اصلی یا قطع کننده نتواند عمل کند.
حفاظت کمکی: حفاظت ساده‌ای که برای جبران محدودیت‌های حفاظت اصلی و پشتیبان اضافه می‌شود.
۳. نقش حفاظت رله‌ای در خطوط انتقال
در هنگام عملکرد، خطوط انتقال ممکن است به دلیل باد شدید، یخ و برف، ضربه برق، خسارت خارجی، خرابی عایق یا فلاش آلودگی خرابی تجربه کنند. در چنین مواردی، دستگاه حفاظت رله‌ای می‌تواند به سرعت و انتخابی عمل کند و قطع کننده خط (سوئیچ) را قطع کند.
اگر خرابی موقتی باشد، سوئیچ پس از حذف خرابی مجدداً بسته شده و تأمین برق ایمن ادامه می‌یابد. اگر خرابی دائمی باشد، بازپخش شکست می‌خورد و خط خراب به سرعت جدا می‌شود تا تأمین برق بدون وقفه به خطوط سالم تضمین شود.
۴. دستگاه‌های حفاظت جریان بیش از حد
دستگاه‌های حفاظت جریان بیش از حد بر اساس افزایش قابل توجه جریان در زمان خرابی خط طراحی شده‌اند. وقتی جریان خرابی به تنظیمات حفاظت (جریان شروع) می‌رسد، دستگاه عمل می‌کند. پس از رسیدن به تنظیمات تأخیر زمانی، قطع کننده خط قطع می‌شود.
نوع‌های رایج شامل:
حفاظت جریان بیش از حد فوری: ساده، قابل اعتماد و سریع عمل، اما فقط بخشی (معمولاً ۸۰–۸۵٪) از خط را محافظت می‌کند.
حفاظت جریان بیش از حد با تأخیر زمانی: با تأخیر زمانی کوتاه عمل می‌کند و تمام طول خط و هماهنگی با حفاظت فوری خط بعدی را تأمین می‌کند.
حفاظت جریان بیش از حد: تنظیم شده تا جریان بار ماکسیمم را دور بزند. تمام طول خط و خط بعدی را محافظت می‌کند و به عنوان حفاظت پشتیبان عمل می‌کند.
حفاظت جریان بیش از حد جهت‌دار: عنصر جهت توان به حفاظت جریان بیش از حد اضافه می‌شود. فقط زمانی که توان خرابی از بوس به خط جریان می‌یابد، عمل می‌کند و از عملکرد غلط در خرابی‌های معکوس جلوگیری می‌کند.
۵. دستگاه‌های حفاظت فاصله
حفاظت فاصله به امپدانس (یا فاصله) بین نقطه خرابی و نقطه نصب حفاظت واکنش نشان می‌دهد. دارای مشخصات جهت‌دار بسیار خوبی است و به طور گسترده در شبکه‌های حلقه فشار قوی استفاده می‌شود. معمولاً از حفاظت فاصله سه مرحله‌ای استفاده می‌شود:
ناحیه ۱: عمل فوری، محافظت از ۸۰٪–۸۵٪ طول خط.
ناحیه ۲: محافظت از کل طول خط و گسترش به بخشی از خط بعدی (معمولاً ناحیه ۱ خط مجاور).
ناحیه ۳: محافظت از کل طول این خط و خط بعدی، به عنوان پشتیبان نواحی ۱ و ۲.
۶. دستگاه‌های حفاظت جریان دنباله صفر
در سیستم‌های نیمه‌محیط مستقیم (همچنین به عنوان سیستم‌های با جریان خرابی زمینی بالا شناخته می‌شوند)، خرابی یک فاز به زمین جریان دنباله صفر قابل توجهی تولید می‌کند. دستگاه‌های حفاظتی که از این جریان استفاده می‌کنند، دستگاه‌های حفاظت جریان دنباله صفر نامیده می‌شوند. معمولاً از یک ساختار سه مرحله‌ای استفاده می‌شود:
مرحله ۱: حفاظت جریان دنباله صفر فوری، پوشش ۷۰٪–۸۰٪ طول خط.
مرحله ۲: حفاظت جریان دنباله صفر با تأخیر زمانی، پوشش کل طول خط و بخشی از خط بعدی.
مرحله ۳: حفاظت جریان بیش از حد دنباله صفر، پوشش کل خط و به عنوان پشتیبان خط بعدی.
۷. دستگاه‌های حفاظت فرکانس بالا
حفاظت فرکانس بالا زاویه فاز (یا جهت توان) جریان‌های دو سر یک خط را به سیگنال‌های فرکانس بالا تبدیل می‌کند که از طریق کانال فرکانس بالا به سمت مقابل ارسال می‌شوند. سیستم جهت جریان یا توان در دو سر خط را مقایسه می‌کند.
این حفاظت فقط به خرابی‌های داخل بخش محافظت شده خط واکنش نشان می‌دهد و نیازی به هماهنگی با خطوط پایین‌دست ندارد. بدون تأخیر زمانی عمل می‌کند و امکان رفع سریع هر خرابی در طول خط محافظت شده را فراهم می‌کند.
بر اساس اصول عملکرد، حفاظت فرکانس بالا به دو نوع تقسیم می‌شود:
نوع مسدود کننده (مقایسه جهت): جهت توان در دو سر خط را مقایسه می‌کند.
نوع مقایسه فاز: زاویه فاز جریان‌های دو سر خط را مقایسه می‌کند.
۸. دستگاه‌های بازپخش خودکار
دستگاه بازپخش خودکار یک دستگاه است که پس از قطع شدن قطع کننده، آن را به صورت خودکار دوباره بسته می‌کند.
کارکرد:
برای خرابی‌های موقت، پس از حذف خرابی، دستگاه به سرعت قطع کننده را دوباره می‌بندد و تأمین برق طبیعی را ادامه می‌دهد.
برای خرابی‌های دائمی، بازپخش شکست می‌خورد، قطع کننده دوباره قطع می‌شود و خط خراب جدا می‌شود تا تأمین برق بدون وقفه به خطوط سالم تضمین شود.
۹. ضبط کننده خرابی خط
دستگاهی که به صورت خودکار موج‌های جریان و ولتاژ قبل و در زمان خرابی خط را ضبط می‌کند، همراه با زمان و وضعیت عملکرد قطع کننده.
با تحلیل موج‌های ضبط شده، نوع خرابی به صورت دقیق تعیین می‌شود و محل تقریبی خرابی محاسبه می‌شود. این اطلاعات مهمی برای تحلیل خرابی، رفع اشکال و بازگشت به تأمین برق طبیعی فراهم می‌کند.
