هماهنگی حفاظتی با رله ها بخش اول

مقدمه

وقتی یک مهندس سیستم قدرت اقدام به طراحی حفاظت برای سیستم می کند، باید دید کلی نسبت به سیستم داشته باشد و بتواند رله های حفاظتی مناسب را در نقاط مناسب در شبکه جانمایی کند. در این طرح حفاظتی تنظیمات اساسی رله های حفاظتی نیز باید تحلیل  ارائه شوند بنابراین مبانی عملکردی این طرح می به طور مستقیم روی سرعت حفاظت تاثیر می گذارد که متعاقبا تاثیری قابل توجه روی میزان آسیب ناشی از خطاها و اتصال کوتاه ها دارد. هرچه حفاظت سریع تر عمل بکند، اختلالت منتجه و آیب ها و استرس های حرارتی کمتر خواهند بود. همچنین مدت زمان رخداد افت ولتاژ ناشی از خطا در شبکه نیز کاهش می یابد که باز هم تابعی از سرعت عملکرد رله های حفاظتی است و بنابراین آسیب شبکه به بارهایی که به ولتاژ وابسته هستند به حداقل کاهش می یابد.(نقش رله های حفاظتی در خطوط انتقال چیست؟)

عملکرد سریع سیستم حفاظتی همچنین پیک بار بعد از خطا را کاهش می دهد که در ترکیب با افت ولتاژهای شدید می تواند عاملی خطرناک برای انتشار نوسانات قدرت به قسمت های سالم شبکه باشد. در شبکه های انتقال و توزیع با استفاده از رله های حفاظتی سریع می توان بارگذاری خطوط را افزایش داد با اطمینان از این که در صورت رخداد خطا رله حفاظتی می تواند به سرعت وارد عمل شده و خطا را پاک کند، بدون این که شبکه در اثر خطاها دچار ناپایداری شود.

اعمال شعاع حفاظتی خوب و قابل اطمینان بهترین راه حل برای محدود کردن خطا در کمترین ناحیه است تا کمترین میزان بار در اثر خطا خاموش شود. این عاملی بسیار مهم در بحث حفاظت است و اساسا یکی از مهم ترین اهداف به کارگیری رله های حفاظتی قدرتمند، محدود کردن میزان خاموشی دز اثر هر خطا است. این عملکرد از سوی دیگر باعث می شود خطایابی و یافت تجهیزات یا نقاط دچار مشکل نیز با محدود شدن شعاع جست و جو بسیار آسان تر گردد.(حفاظت بانک های خازنی با رله حفاظتی (بخش دوم))

بنابراین سرعت عملکرد سیستم حفاظتی باید کاملا مد نظر قرار داده شود و این المان را می توان با انتخاب مجموعه مناسبی از تجهیزات حفاظتی بهبود بخشید. یکی از مهم ترین نکاتی که بسیاری از مهندسین سیستم قدرت از آن غافل هستند، توجه به این قضیه است که سرعت عملکرد یک سیستم حفاظتی تنها به رله حفاظتی وابسته نیست. یک سیستم حفاظت  در حالت ساده از تجهیزات اندازه گیری، رله حفاظتی و بریکر یا دژنکتور تشکیل شده است که هر کدام می توانند به طور مستقیم در عملکرد سیستم تاثیر گذار باشند. پس برای دفعه بعد که خواستید تابلوی حفاظتی مورد نظر خود را بسازید و گران ترین رله حفاظتی بازار را مد نظر قرار دادید تا سرعت عملکرد فوق العاده اش را به رخ خطاها بکشد، به فکر بازوی آن یعنی دژنکتور هم باشید که در برخی مدل ها سرعت عملکردش چند برابر از آن ها پایین تر است و عملا پولی که برای رله پرداخته اید را تلف می کند!

حفاظت ناحیه ای در برابر خطاهای اتصال کوتاه می تواند با روش های مختلفی انجام گردد. برخی از این روش ها عبارتند از:

• هماهنگی حفاظتی زمانی
• هماهنگی حفاظتی زمانی و جریانی
• هماهنگی حفاظتی زمانی و جهت دار
• هماهنگی حفاظتی جریانی و امپدانسی
• حفاظت دیفرانسیلی
• حفاظت اینترلاک

هماهنگی حفاظتی زمانی

هماهنگی حفاظتی زمانی یکی از ساده ترین روش ها برای ایجاد حفاظت های ناحیه ای می باشد. اساس عملکرد این روش بدین صورت است که زمان عملکرد رله های حفاظتی را به شکلی برنامه ریزی می کنیم که آن مدلی که در نزدیک ترین نقطه نسبت به خطا قرار دارد در سریع ترین (کمترین) زمان ممکن عمل کند. هماهنگی حفاظتی زمانی با پیاده سازی یک رابطه بهینه سازی و استفاده از توابع جریان آنی یا توابع جریان تاخیری روی انواع اضافه جریان حاصل می شود. در توابع اضافه جریان آنی، زمان عملکرد رله حفاظتی در برابر خطا هیچ وابستگی به مقدارجریان خطا ندارد. بالعکس، در توابع اضافه جریان تاخیری، زمان عملکرد رله حفاظتی در برابر خطا کاملا به مقدار جریان خطا وابسته است؛ بدین شکل که هرچه مقدار جریان خطا بزرگ تر باشد، زمان عملکرد و تریپ آن کاهش می یابد. هماهنگی حفاظتی زمانی بهترین روش هماهنگی ناحیه ای برای سیستم های قدرت شعاعی است.(نکاتی در مورد رله های جریانی)

هماهنگی حفاظتی زمانی به خصوص برای سیستم های قدرت شعاعی مناسب است که تغییرات قدرت اتصال کوتاه ناشی از تغیرات پیکربندی شبکه در آن ها کوچک باشد یا مقدار جریان خطای اتصال کوتاه در ابتدا و انتهای فید به میزان قابل توجهی متفاوت باشد. در این موارد، استفاده از رله های حفاظت جریان دارا توابع حفاظت تاخیری به شدت نسبت به توابع آنی توصیه می شوند چرا که زمان عملکرد حفاظتی کل سیستم را در مقادیر بزرگ جریان خطای اتصال کوتاه به صورت قابل توجهی کاهش می دهند.

دستیابی به هماهنگی حفاظتی زمانی با استفاده از رله های حفاظتی دارای توابع اضافه جریان تاخیری در سیستم هایی که بخشی از آن ها با فیوز ها حفاظت می شوند نیز توصیه می گردد چرا که فرآیند آسان تری طی خواهد شد. با توجه به این مباحث، و همچنین در نظر گرفتن مواردی همچون ظرفیت تحمل اتصال کوتاه توسط شبکه، استفاده از رله های حفاظتی دارای توابع اضافه جریان تاخیری برای حفاظت از شبکه در برابر خطاهای اتصال کوتاه توصیه می شود. ظرفیت اتصال کوتاه در یک سیستم قدرت کاملا وابسته به ضعیف ترین تجهیز سیستم قدرت است و توسط آن تعیین می گردد. در یک سیستم قدرت، ظرفیت اتصال کوتاه شبکه برابر است با حداکثر میزان اتصال کوتاه قابل تحمل توسط تجهیزی که پایین ترین ظرفیت اتصال کوتاه را دارد.(معرفی انواع کدهای حفاظتی رله ها)

برای درک و اعمال یک هماهنگی حفاظتی مناسب بین رله های حفاظتی، ابتدا باید به بررسی رابطه مورد استفاده در آن هایی که دارای توابع اضافه جریان تاخیری هستند بپردازیم. این رابطه در استاندارد IEC 60255 توصیف شده و چهار منحنی معکوس تاخیری برای ایجاد توابع مختلف تاخیری ارائه شده اند:

• منحنی نرمال یا STANDARD INVERSE
• منحنی تاخیری طولانی یا LONG INVERSE
• منحنی خیلی تاخیری یا VERY INVERSE
• منحنی شدیدا تاخیری یا EXTREMELY INVERSE

فرمولاسیون مورد استفاده برای تابع اضافه جریان تاخیری نیز به صورت زیر است:

که در این رابطه:

K: ضریب ثابت

I: جریان اندازه گیری شده یا خطا

I>: جریان تنظیم شده پیکاپ در رله

a,b: ضرایب ثابت وابسته به نوع منحنی

در مقالات بعد، به بررسی ارتباط این رابطه با بحث هماهنگی حفاظتی می پردازیم.(انواع حفاظت ترانسفورمر با رله)