حفاظت سیستمهای قدرت-   کلیات

هدف ازحفاظت
1.تشخیص سریع خطا
2.تشخیص درست خطا
3.جداسازی به موقع بخش معیوب از سیستم

 خصوصیات سیستم حفاظت

۱- سرعت
۲-حساسیت
۳-فرق گذاری
۴-قابلیت اطمینان
 
نواحی حفاظتی
•شروع ناحیه حفاظتی از CT میباشد
•نواحی حفاظتی باید هم پوشانی(over lap) داشته باشند
 
۱-حفاظت واحد (unit)
۲-حفاظت 
۱-رله های اولیه (primary)
۲-رله های ثانویه (secondary)
غیر واحد(non unit)
 
اجزاء سیستم حفاظتی
۱-  ترانسهای جریان و ولتاژ
۲-  رله های حفاظتی
۳-  کلیدهای قدرت (بریکر)
 
ساختمان رله های حفاظتی
  
1.انواع رله از نظر ساختمان
2.ساختمان رله های مکانیکی
3.ساختمان رله های حرارتی
4.ساختمان رله های الکترو مغناطیسی
5.ساختمان رله های الکترونیکی
6.ساختمان رله های دیجیتالی
  
رله های مکانیکی مانند:
۱- رله بوخهلس  Buchholz  
۲- رله های فشار    Pressure relay
۳- شیرهای فشاری   Pressure valve
۴- نشاندهنده های سطح مایع     Level gage
 
 رله های حرارتی
در این نوع رله ها از چند اثر حرارتی برای عملکرد رله استفاده میشود که عبارتند از :
۱-خاصیت انبساط مایع - جامد ویا گاز
۲-مقاومتهای مخصوص حساس به حرارت ( ترمیستور )
۳-خاصیت ترمو کوپل
 
 
رله های الکترومغناطیسی
۱-رله های جاذبه مغناطیسی
۲-رله های القائی ( اندوکسیونی )
۳-رله با آهنربای دائم :
 
 رله های جاذبه مغناطیسی
 
۱-رله جاذبه مغناطیسی نوع DC
۲-رله های جاذبه مغناطیسی AC
 
رله های القائی ( اندوکسیونی )
 
۱-رله های القائی با استوانه گردان
۲-رله های القائی با دیسک گردان
 
رله های الکترونیکی
*این رله ها از المانهای الکترونیکی  تشکیل شده است
*معمولا" واحد خروجی از نوع رله جاذبه مغناطیسی میباشد
* این رله ها بجز واحد خروجی قسمت متحرک وگردان ندارند
* بهمین دلیل  رطوبت وآلودگی محیط وحساسیت به لرزش که از مشکلات رله های الکترومغناطیسی است دراین رله ها ا ثر ندارد.
* از معایب این رله ها تاُ ثیردرجه حرارت محیط برعملکرد آنها ونیاز به تغذیه کمکی است .
 
رله های دیجیتالی (عددی )Numerical) )
*فیلترینگ(INPUT)
*تبدیل به آنالوگ به  دیجیتال  ( ADC)
*ورود به سیستم ( I/O Port)
*پردازش (CPU)
*فرمان (OUTPUT)
*ذخیره اطلاعات (RAM & ROM)
 
1.انواع رله از نظر عملکرد 
2.انواع رله جریان
3.رله اضافه جریان ،اضافه بار،اتصال زمین،دیفرانسیل،اشکال در بریکر، نظارت بر مدار تریپ
4.رله های توانی
5.رله های امپدانسی
6.رله های ولتازی
7.رله های فرکانسی 
  
 
انواع رله ها از نظر عملکرد:
1.رله های جریانی
2.رله های ولتاژی
3.رله های توانی 
4.رله های امپدانسی
5.رله های فرکانسی
 
رله های جریانی :

1.رله اضافه جریان (OVER CURRENT)
2.رله اضافه بار (OVER LOAD)
3.رله اتصال زمین (EARTH FAULT)
4.رله دیفرانسیل (DIFFERENTIAL RELAY)
5.رله اتصال زمین محدود شده (REF)
6.رله ناظر بر مدار تریپ (TCS)
7.رله اشکال در بریکر(CBF)

 رله اضافه جریان به دو دسته تقسیم میشود:

1.تأخیری (delay )
2.آنی (instant)
 
رله های اضافه جریان تأخیری (delay )
 
1. رله های اضافه جریان زمان معین (Definite Time)
2.رله های اضافه جریان زمان معکوس (Inverse Time )
 
 رله های اضافه جریان زمان معین (Definite Time)
 
*از مزایای رله: هماهنگی خوب با رله های جلوتر است
*از معایب رله: طولانی شدن عملکرد رله در شبکه هائی که چند رله پشت سر هم قرار گرفته اند
 
رله اضافه جریان زمان معکوس  
 
رله های زمان معکوس با توجه به شیب منحنی آنها به سه دسته زیر تقسینم میشوند:
*زمان معکوس استاندارد (Standard Inverse Time )
*زمان معکوس زیاد (Very Inverse Time)
*زمان معکوس بینهاتExtremely Inverse Time ) )
 
رله های آنی (instant)
 
-بدون تاُخیراست
-  مناسب برای اتصالیهای شدید است
- جریان ستینگ این رله ها بالاتنظیم میشود
    ( معمولا" 5 الی 15 برابر جریان بار)
-به همراه رله های تأخیری بکار میرود
 
رله اضافه بار   (Over Load)

این رله همانند رله اضافه جریان است با دو تفاوت
-زمان عملکرد آن طولانی تر
-تنظیم جریانی آن پائین تراست
   ساده ترین این رله بی متال است
 
رله اتصال زمین : (Earth Fault Relay)

 این رله همانند رله اضافه جریان بوده ، با دو تفاوت:

1.چگونگی در مدار قرار گرفتن
2. تنظیم جریان عملکرد
این رله در مسیر جریان بار قرار نمیگیرد بلکه در مسیر جریان زمین قرار میگیرد
 
رله اتصال زمین : (Earth Fault Relay)
 
-جریان موُ لفه صفر از رله عبور میکند
-این جریان هنگامی بوجود می آید که اتصال زمینی رخ دهد
-در حا لت عادی شبکه جریانی از رله عبور نمیکند
-ستینگ جریانی رله  پائین ترازجریان باراست( مثلا" 10% الی 50% جریان بار ) که این مسئله باعث بالا رفتن حساسیت رله میشود  .
 
رله اتصال زمین : (Earth Fault Relay)
 
این رله ها همانند رله های اضافه جریان به دودسته تقسیم میشوند:
1. تاُخیری
2. آنی
 نوع تاُخیری آن نیزدارای  دو نوع 1- زمان معین و2- زمان معکوس
 
رله های ارت فالت معمولا“ تنها بکار نمیروند
 
رله دیفرانسیل ( Differential Relay )

کاربرد
1.حفاظت ترانسفورماتور
2.حفاظت الکتروموتور
3.حفاظت ژنراتور
4.حفاظت باسبار
5.حفاظت خطوط کوتاه

  مشکلات

 اشباع هستهCT  در اتصال کوتاه شدید خارج از محدوده
که عملکرد نابجای رله را سبب میشود
دوروش برای پایداری رله دیفرانسیل استفاده میشود :
1.استفاده از مقاومت پایدار کننده
2.استفاده از سیم پیچهای بازدارنده (سیم پیچهای بایاسینگ)
 
رله اشکال در بریکر (Circuit Breaker Failure –CBF)

 این رله نیز یک رله جریانی است با دو زمان عملکرد :
T1 : بعدازسپری شدن این زمان فرمان تریپ رله به همان
بریکرعمل نکرده صادر میشود .
T2 : بعد از سپری شدن این زمان فرمان تریپ  به بریکرهای اطراف بریکر عمل نکرده صادر می شود
-این رله به عنوان پشتیبان حفاظت های دیگر بکار میرود
 
 رله ناظر بر مدار تریپ (Trip Circuit Supervision – TCS)
 
nمیدانیم مدار تریپ از اهمیت بالائی برخوردار است
-وظیفه این رله نظارت بر مدار تریپ بریکر است
-مدار تریپ شامل رله های تریپ،بوبین های تریپ و سیمهای رابط
-این رله با جریانdc  کم عمل میکند در حد میلی آمپر.
-این رله فقط آلارم صادر می کند
 
رله های ولتاژی

 

Over Voltage  Relay 1- رله اضافه ولتاژ:
  
 2- رله کمبود ولتاژ : Under voltage relay
 
 3- رله نبود ولتاژ :No voltage relay
 
 
رله اضافه ولتاژ(Over Voltage )
تنظیم رله :
Vs=1.2Vn
Ts=(2..3)sec
 
رله کاهش ولتاژ(Under Voltage)
تنظیم رله:
Vs=0.8Vn
Ts=(2..3)sec
 
رله نبود ولتاژ(No Voltage)
-برای جلو گیری ازبرق دارشدن پست و ترانسها ازراه دور
- همچنین ازاین رله درسیستم اینترلاک استفاده میشود
- ولتاژتنظیمی 20%الی 40%ولتاژنامی شبکه میباشد
 
رله های توانی
 
کاربرد
-رله برگشت توان (Reverse Power)
-رله جهت دار (Directional relay)
 
رله برگشت توان (Reverse Power)
کاربرد
- درمحل خروجی ژنراتور قرارمیگیرد ،درصورت موتوری شدن ژنراتور آنرا ازمدار خارج میکند
-ازاین رله بعنوان رله توان کم (Low Power)نیزدر حفاظت زنراتوراستفاده میشود
 
رله امپدانسی – دیستانس   
  
منحنی مشخصه رله دییستانس
1.پلان یا مسطح یا امپدانسی (Plan)  
 ادمیتانسی یا مهو (MHO)
  آفست مهو (OFESTMHO)
 
مشخصه چهار گوش (Quad)
 
رله های فرکانس

nLoad shedding
-مرحله اول =7/49 هرتز     
- مرحله دوم =5/49هرتز       
- مرحله سوم =3/49  هرتز
 
حفاظت خط
-رله اضافه جریان
-رله اتصال زمین
-رله اضافه ولتاژ
-رله کم بود ولتاژ
-nرله دیستانس
-حفاظت از راه دور(Teleprotection)
 
حفاظت از راه دور
 teleprotecion

 ارسال فرمان حفاظتی به پست مقابل توسط سیستم مخابراتی

-با استفاده از سیستم PLC (Power Line Carrier)
- با استفاده از سیستم فیبر نوری (fiber Optic)
 
حفاظت از راه دور
 teleprotecion
 
به دو دسته تقسیم میشود:
Direct Trip   :
 توسط رله های Over Voltage  و CBF
 Permissive Trip :
 توسط رله دیستانس
 
Direct Trip   
 رله های Over Voltage  و CBF  فرمان تریپ را مستقیم به بریکر پست مقابل ارسال میکنند
 
Permissive Trip   
 رله دیستانس این سیگنال حفاظتی را به دیستانس پست مقابل ارسال میکند و در صورت اجازه دیستانس پست مقابل فرمان تریپ به بریکر پست مقابل صادر میشود
 
Permissive Trip  چند نمونه از طرح های
PUR
POR
BLOCKING
 
حفاظت ترانس
 
*رله بوخهلتس
*رله دیفرانسیل 
*رله ارت فالت محدود شده (REF)
*رله اضافه بار (Over Load)
*رله اضافه جریان(Over Current)
*رله اضافه ولتاژ (Over Voltage)
*رله اضافه فلو (Over Flux)
  
رله بوخهلتس ترانس
دارای دو شناور است
از مهمترین حفاظت های ترانس است
*حفاظت ترانس در مقابل اتصالی های داخلی
*حفاظت ترانس در مقابل نشتی روغن ترانس
*هشدار در مقابل تخلیه های الکتریکی جزئی
 
رله بوخهلتس تپ چنجر
دارای یک شناور است
*حفاظت تپ چنجر در مقابل اتصالی های داخلی
*هشدار ندارد
 
 رله دیفرانسیل ترانس
*حفاظت ترانس در مقابل اتصالی های داخلی فاز با زمین و دو فاز وسه فاز
*یک رله دیفرانسیل تمام سیم پیچها (اولیه ،ثانویه،ثالثیه )را حفاظت میکند
*در مقابل اتصالی های خارج از ترانس عمل نمیکند
  
مشکلات رله دیفرانسیل ترانس
*نسبت تبدیل ترانس
*گروه برداری ترانس
*تپ چنجر ترانس
*جریان هجومی ترانس
*تصالی های شدید خارج از ترانس
 
مشکل نسبت تبدیل ترانس
به دلیل اینکه نسبت تبدیل ترانس یک نیست جریان های اولیه و ثانویه برابر نیستند
1.با انتخاب مناسب نسبت تبدیل ترانس های جریان تا حد امکان جریان را در ورودی رله برابر میکنیم
2.با قرار دادن ترانس میانی در مدار رله جریان را برابر می کنیم
 
مشکل گروه برداری
وجود اختلاف فاز در جریان اولبه و ثانویه
عملکرد رله در اثر اختلاف فاز جریان ها هر چند برابر باشند
رفع مشکل
1.اتصال مناسب ترانس های جریان(CT)
2.استفاده از ترانس میانی (CT Maching) با اتصال مناسب 
 
تپ چنجر
تپ چنجر زیر بار نسبت تبدیل ترانس را جهت اصلاح ولتاژخروجی تغییر میدهد
محاسبه نسبت تبدیل CT  ها و ترانس میانی بر مبنای تپ وسط (نرمال) ترانس انجام میشود
درتپ های انتهائی مقداری اختلاف درجریان های ثانویه CTها
بوجود می آید
رله دیفرانسیل را باید مقداری بالاتر ازحداکثر اختلاف جریان گرفت تا در این حالت رله عملکرد نابجا نداشته باشد
این مسأله حساسیت رله را کاهش میدهد.

  جریان هجومی(Inrush Current)

درلحظه برق دارکردن ترانس جریان مغناطیس کننده هسته به نام جریان هجومی وارد ترانس میشود بدون اینکه از ثانویه جریانی خارج شود
این جریان از رله دیفرانسیل عبور میکند
لازم است از عملکرد رله دیفرانسیل در ابن حالت جلوگیری شود
به دوروش رله دیفرانسیل را در مقابل این جریان پایدار میکنند
 
مشکلات رله دیفرانسیل ترانس
جریان هجومی(Inrush Current)
 
به دوروش رله دیفرانسیل را در مقابل جریان هجومی پایدار میکنند
1.قفل (Block) کردن رله در چند ثانیه اول برق دارکردن ترانس
2.استفاده از فیلتر هارمونیک دوم در رله برای جلوگیری از عملکرد آن زیرا جریان هجومی دارای هارمونیک دوم بالا است
 
حفاظت ژنراتور

خطاهای داخلی
1.اتصالی فاز بابدنه درسیم پیچ استاتور
2.اتصالی فاز بافاز درسیم پیچ استاتور
3.اتصالی حلقه درسیم پیچ استاتور
4.اتصالی بدنه در سیم پیچ روتور
5.قطع تحریک روتور

  خطاهای بیرونی مؤثر در ژنراتور

1.اضافه بار
2.بار نامتعادل
3.اتصال کوتاه خارجی
4.اضافه ولتاژ
5.اضافه فلو
6.برگشت توان
7.لغزش قطب
8.کم شدن فرکانس
 
حفاظت اتصالی فاز با بدنه و فاز با فاز
1.رله دیفرانسیل
2.رله REF
 
حفاظت اتصالی حلقه در استاتور
1.توسط رله مؤلفه صفر ولتاژ
2.رله
حفاظت اتصال بدنه روتور
1.روش پتانسیومتری
2.روش تزریق جریان AC
3.روش تزریق جریان DC
دیفرانسیل عرضی
 
حفاظت قطع تحریک
1.رله جریان کم
2.رله امپدانسی با مشخصه معکوس
 
خطای اضافه بار
رله اضافه بار
خطای اتصالی خارجی
رله اضافه جریان کنترل شده با ولتاژ
 
خطای بار نامتعادل
رله توالی منفی جریان
 
خطای اضافه ولتاژ
رله اضافه ولتاژ
خطای اضافه شار
رله اضافه فلو Over Flux
 
خطای افزایش وکاهش فرکانس
رله فرکانس زیاد
رله فرکانس کم
 
خطای لغزش قطب
رله امپدانسی
خطای موتوری شدن
رله کم شدن توان
رله برگشت توان