قبل از اینکه بدانیم رله حفاظتی چیست باید بدانیم که سیستم های قدرت وظیفه تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای مصرف کننده های الکتریکی را به عهده دارند.
این سیستم ها، همانند بقیه سیستم های مهندسی باید به گونه ای طراحی شوند که ضمن اقتصادی بودن از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار باشند.
بالا بودن قابلیت اطمینان یک سیستم، بدین معنا نیست که در آن هیچ گونه ایرادی به وجود نخواهد آمد بلکه همواره احتمال وقوع حالت های ناخواسته و غیر عادی که موجب اختلال در عملکرد سیستم می شوند، وجود دارد.
در سیستم های قدرت نیز حالت های بسیاری وجود دارد که می تواند باعث قطع تغذیه مصرف کننده ها، آسیب رسیدن به اجزاء سیستم، آسیب رسیدن به افراد و…شود.
به طور کلی هر حالت غیر عادی که در عملکرد سیستم به وجود می آید، خطا نامیده می شود. از این حالت های غیر عادی می توان به وقوع اتصال کوتاه، افزایش و یا کاهش بیش از حد ولتاژ، افزایش و یا کاهش بیش از حد فرکانس،افزایش حرارت تجهیزات در اثر توان عبوری بیش از حد از آن ها یا اضافه بار،از سنکرون خارج شدن ژنراتورها و … اشاره کرد.
اتصال کوتاه ها از مهمترین و پراحتما ل ترین خطاهایی هستند که در یک شبکه به وجود می آید. این خطاها ممکن است بر اثر برخورد یک یا دو فاز با زمین، اتصال دو یا سه فاز به یکدیگر و … به وجود آیند که در این حالت جریان زیادی در حدود ۱۰ تا ۱۰۰ برابر جریان عادی، از شبکه عبور می کند.
عبور این جریان می تواند اثرات مختلف و زیانباری روی شبکه داشته باشد که از مهم ترین آن ها می توان به اثرات حرارتی روی تجهیزات اشاره کرد که باعث سوختن و آسیب دیدن عایق آن ها می شود.
این امر ممکن است در زمانی در حدود چند ثانیه صورت گیرد. از این رو رفع خطا در یک سیستم باید در کوتاهترین زمان ممکن صورت گیرد. برای تشخیص حالت های غیرعادی در یک شبکه و ایزوله کردن بخش معیوب از سایر بخش ها از سیستم حفاظت یا همان رله حفاظتی استفاده می شود.
در اغلب موارد خطاهای به وجود آمده در سیستم قدرت، باعث تغییرات ناخواسته و شدید در اندازه ولتاژ یا جریان می شوند. از این رو تقریبا در تمامی خطاها با اندازه گیری میزان جریان و ولتاژ، می توان وقوع خطا را تشخیص داد .
در سیستم های حفاظت و در مرحله اول با استفاده از ترانس های ولتاژ و جریان، اندازه ولتاژ و جریان کاهش پیدا کرده تا به میزان قابل استفاده برای تجهیزات سیستم حفاظت برسد. از انواع رله حفاظتی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
۱. رله حفاظتی اضافه جریان
۲. رله حفاظتی ولتاژی
۳. رله حفاظتی خطای زمین
۴. رله حفاظتی دیفرانسیل
۵. رله زمین محدود شده
۶. رله های فرکانسی
۷. رله بر گشت توان
۸. رله حفاظت در برابر بار نامتقارن
در این قسمت 4 مورد از رله ها را بررسی می کنیم:
1- رله حفاظتی اضافه جریان:
حفاظت یک شبکه الکتریکی در برابر جریانهای زیاد یکی از اولیه ترین حفاظت ها در شبکه است. باید توجه داشت که حفاظت در برابر اضافه جریان با حفاظت در برابر اضافه بار متفاوت است.
در اضافه جریان ها که ناشی از وقوع اتصال کوتاه بین یک یا دو فاز با زمین، اتصال بین دو فاز و … هستند، جریان به مراتب بیشتری نسبت به حالت های اضافه بار از شبکه می گذرد که این جریان باید در کوتا هترین زمان ممکن تشخیص داده شده و قطع شود.
برای حفاظت در برابر اضافه جریا ن از رله Over current که دراستاندارد ANSI با کد شماره ۵۰ یا ۵۱ مشخص شدهُ استفاده می شود. این متن برگرفته از سایت مهندسی برق قدرت و شبکه های انتقال و توزیع مهندس هادی حداد خوزانی می باشدکد شماره ۵۰، برای زمان عملکرد لحظه ای و کد ۵۱ برای عملکرد با تأخیر زمانی است.
در حالت عملکرد لحظه ای پس از این که جریان از، میزان تنظیم شده برای رله بیشتر شد، رله آن را تشخیص داده و بلافاصله تریپ می دهد .
در عملکرد باتأخیر زمانی، پس از رسیدن جریان به میزان تنظیم شده، رله پس از مدت زمانی که به میزان جریان بستگی دارد، دستور تریپ را صادر می کند. در این حالت معمولا از منحنی های معکوس با شکل و شیب متفاوت استفاده میشود.
2- رله حفاظتی ولتاژی:
معمولا تجهیزات مورد استفاده در یک شبکه الکتریکی برای کار در یک ولتاژ مشخصی طراحی شده اند. ازاین رو نباید ولتاژ اعمالی به آن ها از حد مشخصی کمتر و یا بیشتر شود. محدوده این تغییرات به نوع دستگاه بستگی دارد. برای حفاظت شبکه های الکتریکی در برابر تغییرات ولتاژ، از دو نوع رله به نام رله Under Voltage و رله Over Voltage استفاده میشود.
3- رله حفاظتی Under Voltage :
برای حفاظت تجهیزاتی که در اثر افت ولتاژ آسیب می بینند مانند الکتروموتورها به کار برده می شود. این رله معمولا دارای یک تنظیم ولتاژی و یک تنظیم زمانی است و در صورت افت ولتاژ شبکه تا حد تنظیم شده و پس ازطی زمان تنظیم شده عمل می کند. تنظیمات این رله به نوع وسیله مورد حفاظت بستگی دارد. به عنوان مثال در مورد موتورهای الکتریکی، تنظیم ولتاژی این رله در حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد ولتاژ نامی و تنظیم زمانی آن در حدود چند ثانیه است.
4- رله حفاظتی Over voltage :
برای حفاظت شبکه در برابر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد و معمولا دارای دو تنظیم زمانی و ولتاژی است . در صورت افزایش بیش از حد ولتاژ شبکه و رسیدن به حد تنظیم شده، در زمان تنظیم شده عمل می کنند. تنظیم ولتاژی این رله در حدود ۱۲۰ درصد ولتاژ نامی و تنظیم زمانی آن در حدود چند ثانیه است . این رله معمولا در خروجی ژنراتورها نصب میشود.
