“رله” یکی از واژه هایست که شاید شما بارها و بارها آن را در طول تحصیل شنیده باشید و حتی برای یکبار هم که شده از نزدیک آن را ندیده باشید بخصوص رله های حفاظتی که تمرکز این مقاله بروی آنهاست، اما به هرحال در ابتدا به بررسی خود رله می پردازیم، المانی بسیار مهم در صنعت الکترونیک و البته قدرت که در نوع خودش نگه داری و کنترل سیستم های ما را به شدت آسان تر نمود.

پیشنهاد ویژه

به شما پیشنهاد می کنیم حتما از آموزش نرم افزارهای رله SEPAM (جامع ترین آموزش برنامه نویسی رله) دیدن نمایید.

آموزش نرم افزارهای رله SEPAM

قبل از هر چیزی بیایید کار رو با دیدن این ویدیو کوتاه که ترجمه و زیرنویس فارسی شده شروع کنیم تا با یک رله آشنا شویم و بعد از اون بریم سراغ بررسی کامل رله

رله و کلید

اولین سوال که همیشه پیش می آید این است؛ تفاوت رله با یک کلید در چیست؟

پاسخ ساده است به صورت ساختاری، بله رله همان کلید است ولی کلید را نمی توان از راه دور کنترل کرد و یا از آن به عنوان یک کنترل کننده ی هوشمند بهره برداری نمود، پس میتوان رله را یک کلید هوشمند دانست که علاوه بر داشتن ساختار اصلی یک کلید ویژگی های دیگری را نیز در خود دارد.

نحوه کار کرد رله

در شکل روبه رو یک رله را در حالت نرمال (Normal) مشاهده می نمایید، حالت نرمال به حالتی گفته می شود که رله ما هیچ گونه تحریکی ندارد و یا به زبان ساده تر رله به هیچ مدار و یا وسیله ای متصل نمی باشد.

در نگاه اول شاید کمی گیج کننده باشد ولی پس از خواندن توضیحات می توانید تمام رله های موجود را طبق این استدلال بررسی نمایید.

همانگونه که مشاهده می نمایید ما 5 خروجی و ورودی داریم که دو پین در پایین که با علامن + و – نمایش داده شده اند و دو پین در سمت چپ که دارای نام های NC و NO بوده، و در نهایت پین تنهایی به اسم COMMON

دقت داشته باشید در هر مداری که علامت + و – را مشاهده می نمایید بدین معناست که این قسمت باید با برق DC تغذیه گردد.

همانگونه که در تصویر می بینید یک قطعه فلزی به پین COMMON وصل شده است که می تواند سوئیچ کرده و به صورت دلخواه به NC یا ON وصل شود، در حالت نرمال این قطعه فلزی به NC وصل می باشد و مثلا تصور کنید اگر به ON وصل شود مدار ما متصل شده و مصرف کننده شروع به مصرف می کند.

اما برای وصل شدن به ON از خاصیت مغناطیسی سیم پیچ قرار گرفته در پایین مدار استفاده می کنیم؛ می دانیم که اگر به یک سیم پیچ ولتاژ DCمتصل نماییم میدان مغناطیسی تولید می کند پس اگر ما به دو سر + و – که تنها 12 و یا 5 ولت نیاز دارد ولتاژ وصل کنیم کویل مغناطیسی شده و قطعه فلزی ما را که از جنس آهن می باشد را به سمت خودش جذب می کند با این کار قطعه فلزی از پین NC جدا شده و به پین ON متصل می گردد، مانند شکل زیر

(البته در شکل زمانی که گفته می شود منبع ولتاژ به + و – وصل می گردد کلید شماره 2 وصل شده است)

به همین راحتی توانستیم یک مدار را از راه دور کنترل نماییم مسلما این روش کنترل مزایا و معایبی دارد که در ادامه توضیح خواهم داد.

اصلا چرا رله

خوب همانگونه که در تصاویر بالا مشاهده کردید می توانیم از رله به عنوان یک کلید استفاده نماییم ولی در دل آن ویژگی جالبی نهفته است که فقط منحصر به رله می باشد؛

در واقع رله همانند همه کلید‌های الکتریکی دیگر است و در سر راه سیم فاز (یا قطب مثبت در برق مستقیم) قرار می‌گیرد. برای این که یک وسیله الکتریکی را با این کلید خاموش و روش کنید، سیم نول برق شهر (یا منفی برق مستقیم) را مستقیما به وسیله الکتریکی متصل می‌کنید. سپس سیم فاز را به پایه COM متصل کرده و یک سیم به عنوان رابط فاز از پایه NO یا NC به وسیله برقی خود خواهید کشید. نکته دقیقا در همینجاست:

– اگر بخواهید با وصل شدن ولتاژ به پایه‌های فرمان، وسیله برقی شما روشن شود باید سیم رابط فاز را از NO به وسیله برقی خود ببرید. (فرمان مستقیم)

– اگر بخواهید با وصل شدن ولتاژ به پایه‌های فرمان، وسیله برقی شما خاموش شود باید سیم رابط فاز را از NC به وسیله برقی خود ببرید. (فرمان معکوس یا NOT)

و این ویژگی به هیچ وجه در کلید موجود نمی باشد.

کاربرد رله

رله طیف زیادی از کاربردها را شامل می گردد که در این قسمت به صورت کلی تنها به آنها اشاره می کنیم؛

1. حفاظت (این مورد بیشتر در رله های قدرت و حفاظتی مطرح می گردد)
2. کنترل کننده ای موثر
3. استفاده به عنوان کنترلر خاص (درایو موتور و…)

توضیحات بیشتر در مورد رله

در مورد زمان اختراع رله به صورت خاص اطلاعات دقیقی در دست نیست ولی گفته میشه آقای “ژوزف هانری” که ملیت آمریکایی داشت در سال 1224 ه.ش توانست از رله استفاده کند هر چند در کتاب های دست نویس در سال 1221نیز کلمه رله به وضوح به کار برده شده است ولی از نظر کاربرد بین دانشمند آمریکایی که گفته شد و آقای “ادوارد داوی” که ملیت انگلیسی دارد تقریبا مطمئن هستیم یکی از این دو از آن استفاده عملی نموده است و البته شما بیشتر اسم آقای هانری را در کتاب ها شنیده اید.

در تعاریف رسمی، رله در واقع یک کلید سریع می باشد که به صورت متناوب می تواند بدون هیچ گونه مشکلی و حتی در کسری از ثانیه قطع و وصل گردد و همانطور که قبل تر گفته شد وظیفه آن را نیز صرفا باز و بستن مدار در نظر می گیرند که البته می دانیم این عملکرد پایه رله هست و کاربردهای فراوان دیگری نیز دارد.

امروزه برخلاف سال های قبل شاهد حضور رله ها در قالب های مختلفی نظیر؛ مکانیکی، حرارتی، مغناطیسی، الکترومغناطیسی، الکترومکانیکی و الکترواستاتیکی هستیم که مسلما هر کدام برای اهداف مدنظرشان طراحی و تولید می گردند.

تقسیم بندی رله ها

این تقسیم بندی صرفا برای رله های معمولی بوده و شامل رله های حفاظتی نمی شود و مسلما هدف ما ابتدا آموزش و بررسی خود رله به صورت مختصر بوده و سپس بررسی دقیق رله های قدرت یا همان رله های حفاظتی می باشد

سنجشی

زمانی

جهت یاب

جامد

رله سنجشی

همانگونه که از نامش بر می آید در زمینه سنجش عمل می کند یعنی شما باید یک میزان خاص از حساسیت را برای آن تعریف نمایید تا رله در صورت مشاهده تخطی از آن میزان مشخص، شروع به واکنش نماید به عنوان مثال؛ رله ما برای جریان های بالای 2 آمپر تهیه شده است پس به محض اینکه جریان از 2 آمپر بیشتر شود شاهد عکس العمل رله خواهیم بود، و قاعدتا در جریان های کمتر از 2 آمپر اتفاق خاصی نباید رخ دهد، اکثر رله های حفاظتی در این دسته قرار می گیرند.

رله زمانی

در واقعیت این رله به تنهایی مورداستفاده قرار نمی گیرد بلکه باید با تجهیزات دیگر در شبکه و یا مدارات همکاری کند، این رله با توجه به زمانی که برایش تعیین می گردد مسئول قطع و یا وصل مدار می باشد.

رله جهت یاب

یکی از عوامل مخرب در شبکه ها توان برگشتی می باشد این نوع رله توانایی تشخیص جهت توان و نیرو را دارد و با توجه به این عملگرد می تواند قسمتی از شبکه را که دچار نقص و یا خطا شده است از سایر قسمت ها ایزوله (جداسازی) نماید، این رله نیز جزء رله های حفاظتی به شما می آید.

رله جامد

این رله در دسته رله های الکترونیکی (به صورت کامل!) قرار می گیرد و عملا در شبکه های قدرت کاربردی ندارد (البته حتما در واحد کنترل که بیشتر جنبه الکترونیکی دارد آن را خواهید دید)، این رله به این دلیل جامد نامیده می شود که در واقع هیچ قسمت مکانیکی ندارد و عملیات کلیدزنی درون آن توسط نیمه هادی ها صورت می پذیرد و همین عامل سبب شده تا طول عمر بالایی داشته باشد، از رله حالت جامد در مداراتی که کلیدزنی بالایی دارند استفاده می شود و از سایر کاربردهای آن می توان به کنترل فاز برای موتورها اشاره کرد.

سایر اصطلاحات

متاسفانه برخی از دوستان معتقداند “رله آبشاری” هم جزء دسته بندی انواع رله ها قرار می گیرد!، در صورتی که اینطور نیست و همانگونه که در ادامه ذکر خواهم کرد یکی از مزایای رله کنترل یک مدار توان بالا توسط یک مدار توان پایین می باشد، ولی برخی مواقع این اختلاف توان زیاد بوده و طراح برای حفظ پایداری سیستم تصمیم می گیرد چند رله را بصورت گروهی در کنار هم قرار دهد تا از توان پایین اندک اندک به توان بالاتر برسد و این ترکیب از رله را؛ رله آبشاری می گویند.

فاکتورهای مهم در انتخاب رله

شاید ابتدایی ترین و نخستین موردی که باید چک کنید ولتاژ و جریان رله هست و پس از آن باید دقت داشته باشیم که جریان آستانه (Max) رله مورد نظر چند آمپر است و شاید آخرین فاکتور تعداد تیغه های رله می باشد که در نهایت تعیین کننده حالت تک قطبی و یا چند قطبی رله می باشد.

مزیت های کلی رله

1. ایزوله سازی: این مورد از جنبه حفاظت رله می باشد که قسمت معیوب مدار را از قسمت سالم جدا می کند.
2. کنترل مدار توان بالا: با یک رله چند ولتی می توانید یک مدار چند صد ولتی را کنترل کنید و این مسلما گزینه خوبی برای کنترل یک مدار است.
3. صرفه اقتصادی: با توجه به تمام موارد گفته شده رله گزینه ای اقتصادی برای سیستم مداری ما خواهد بود.

مشکلات رله

1. کندکاری: به دلیل حالت وضعیت مکانیکی رله قابلیت پاسخ دهی خوبی در فرکانس های بالا (قطع زیاد) ندارد و در مدل های ارزان تر حتی در حفاظت نیز جالب عمل نمی کند (در صورت وقوع اتصال کوتاه مدار باید در زمان بسیار اندکی قطع شود تا خسارت به حداقل برسد).
2. عدم کاربرد در توان های خیلی پایین: بله همانگونه که اطلاع دارید رله برای انجام عمل کلید زنی نیاز به ولتاژ دارد پس در مدارهایی با سطح ولتاژ های پایین عملا رله مفید نبود و به جای آن از ترانزیستور استفاده می شود.
3. تولید جرقه: خوب رله در ذات خودش همان کلید است پس داشتن آرک دور از انتظار نیست و همواره در دستگاه هایی که جرقه وجود دارد شاهد کاهش چشمگیر طول عمر آن قطعه نیز هستیم.
4. تخلیه سلفی: یکی از بزرگترین معایب رله تخلیه شارژ سلفی آن می باشد و البته این مشکل در هر دستگاهی که دارای سلف نیز هست رخ می دهد، سلف یک عنصر ذخیره ساز انرژی هست و هرگاه به مدار وصل گردد شارژ شده و به محض جدا شدن از مدار خود را در مدار تخلیه می کند!، به زبان ساده تر یعنی در مسیری که نباید هیچ گونه جریانی باشد ایجاد جریان آنی (تقریبا زیاد) می کند و البته راه حل نیز در زیر آمده است؛

دیود هرزگرد

این دیود وظیفه اش جلوگیری از تخلیه سلف در مدار می باشد که مانند یک شیر یک طرفه عمل می کند، در تصویر زیر نحوه قرار گیری دیودهرزگرد در مدار رله، نمایش داده شده است.

رله حفاظت

و اما در نهایت پس از طی این همه موارد رسیدیم به قسمت دوست داشتنی قدرتی یعنی حفاظت و اون هم از نوع رله.

رله حفاظت در واقع نوعی از رله می باشد که در اثر تغییر کمیت الکتریکی یا فیزیکی تحریک شده و عکس العمل نشان می دهد (به صورت کلی از نوع سنجشی).

نخستین رله حفاظتی نیز از نوع الکترومغناطیسی با کویل بود که برای تریپ (Trip) زدن در شرایط؛ اضافه جریان (Over Current)، اضافه ولتاژ (Over Voltage)، توان برگشتی (Revers Power)، فرکانس بیش از حد (Over Frequency)، فرکانس خیلی پایین (Under Frequency) عمل می کرد و البته امروز به لطف الکترونیک قدرت شاهد پیشرفت های شگرفی در این زمینه هستیم که کنترل پذیری و حفاظت را به شدت ساده تر کرده است.

در زمینه آموزش پرسنل کاری برای حفاظت، آموزش ها بسیار جدی و در نوع خود مهم می باشند و فقط افراد متخصص و کاربلد در این قسمت از شبکه به کار گرفته می شوند، دقت داشته باشید که آموزش ها نیز طبق استاندارد های رایج رله ها صورت می گیرد که به عنوان مثال می توانیم به؛ ANSI، C37.90، IECها و… اشاره کرد که همگی مربوط به زمان های پاسخ دهی و عملکرد رله ها می باشند.

دقت داشته باشید که در کنار دسته بندی رله ها تیپ های (Type) مختلفی نیز بر حسب پارامتر اندازه گیری داریم که عبارتند از؛

الف) رله های جریانی

این رله ها بر اساس میزان جریان ورودی به رله عمل می کند. حال این جریان می تواند جریان فازها، جریان سیم نول، مجموع جبری جریانهای فازها باشد (رله های جریان زیاد – رله های ارت فالت و…. ) و جریان ورودی رله می تواند تفاضل دو یا چند جریان باشد (رله های دیفرانسیل و رستریکت ارت فالت)

ب) رله های ولتاژی

این رله ها بر اساس ولتاژ ورودی به رله عمل میکند این ولتاژ می تواند ولتاژ فازها باشد (رله های اضافه یا کمبود ولتاژ و….) و یا میتواند مجموع جبری چند ولتاژ باشد (رله تغییر مکان نقطه تلاقی بردارهای سه فاز)

ج) رله های فرکانسی

این رله ها بر اساس فرکانس ولتاژ ورودی عمل میکند (رله های افزایش و کمبود فرکانس)

د) رله های توانی

این رله ها بر اساس توان عمل می کنند به عنوان مثال رله هایی که جهت توان را اندازه گیری می کنند یا رله هایی که توان اکتیو و راکتیو را اندازه گیری می کنند.

ه) رله های جهتی

این رله ها از جنس رله های توانی هستند که بر اساس زاویه بین بردارهای ولتاژ و جریان عمل میکنند مانند رله های اضافه جریان جهتی که در خطوط چند سو تغذیه رینگ و پارالل بکار می روند و یا رله های جهت توان که جهت پرهیز از موتوری شدن ژنراتور هنگام قطع کوپلینگ آن بکار میرود.

و) رله های امپدانسی

مانند رله های دیستانس که در خطوط انتقال کاربرد فراوانی دارند.

ز) رله های وابسته به کمیت های فیزیکی

مانند حرارت – فشار – سطح مایعات و…. مانند رله بوخ هلتس ترانسفورمرها

ح) رله های خاص

رله هایی هستند که برای منظورهای خاص به کار میروند مثلا رله تشخیص خطای بریکر – رله مونیتورینگ مدار تریپ بریکر – رله لاک اوت و….

فاکتور های مهم برای یک رله حفاظتی

– سرعت عملکرد: میانگین زمانی بین تشخیص خطا و نشان دادن عکس العمل مناسب از سمت رله حفاظتی. این پارامتر در رله های حفاظتی بسیار حائز اهمیت است چون رله های حفاظتی هنگام خطا موظفند با سرعت هرچه تمامتر بخش های معیوب را از قسمت های سالم جدا نمایند.

– حساسیت: حداقل جریانی که رله نسبت به آن واکنش دارد.

– پایداری: عکس العمل درست رله حفاظتی در برابر کلیه خطاهای رخ داده در محدوده حفاظتی آن. این پارامتر به این باز میگردد که یک رله حفاظتی به تمامی خطاهایی که در محدوده حفاظتی خود به درستی عکس العمل نشان دهد و در مقابل خطاهای این محدوده عکس العملی نشان ندهد.

– تشخیص و انتخاب در شرایط خطا: تشخیص درست قسمت معیوب و جداسازی آن از شبکه. این پارامتر نیز بسیار مهم است زیرا در شبکه هایی که دارای چند باس بار و رله حفاظتی هستند هنگام وقوع خطا می باید قسمت معیوب به درستی تشخیص داده شده و از شبکه جدا گردد و قسمتهای سالم به کار خود ادامه دهد.

نوع اتصال رله

رله از نظر اتصال به شبکه به دو دسته اولیه و ثانویه تقسیم می شوند که هر کدام مزیت و معایب خاص خود را دارند که در زیر به آنها اشاره می کنیم؛

رله اولیه یا پریمر

در این نوع رله سیم پیچی تحریک شونده مستقیما در مدار قرار دارد یعنی بدون ترانس جریان یا ولتاژ در مدار قرار می گیرد.

معایب رله اولیه

• حجم بزرگ (از نظر عایق بندی )
• حساسیت کمتر
• عدم دسترسی در حین کار (نمی توان دست زد )
• محدودیت جریان و ولتاژ (در ولتاژ و جریان زیاد نمی توان بکار برد )

مزایای رله اولیه

• ارزانتر
• امکان تشخیص سریعتر اشکال در سیستم حفاظت

رله ثانویه

رله ای که سیم پیچ تحریک کننده آن از سیم پیچ ثانویه ترانس جریان یا ولتاژ شبکه ای که باید حفاظت شود

نیرو می گیرد رله ثانویه نامیده می شود.

معایب رله ثانویه عبارتند از:

• گرانتر
• خرابی بیشتر

مزایای رله ثانویه عبارتند از:

• حجم کوچکتر
• حساسیت بیشتر

انواع رله های حفاظت

در این قسمت قصد داریم انواع رله ها را برای شما به صورت کامل شرح دهیم؛

رله دیستانس (رله مقاومت سنج)

رله دیستانس از لحاظ کار مانند رله جریان زیاد در مقابل اتصال کوتاه می باشد و رله دیستانس بر اساس فاصله یا امپدانس عمل می کند یعنی رله دیستانس زمانی عمل می کند که امپدانس خط از مقدار تنظیم شده کمتر باشد، در غیر این صورت عمل نمی کند و از لحاظی چون مقاومت مصرف کننده ها در حد تنظیم نیست از امپدانس مصرف کننده ها صرف نظر شده و در زمان اتصال کوتاه طبق رابطه Z=U/ I امپدانس کم می شود و دلیل آن افزایش جریان می باشد و هر چقدر این امپدانس به رله نزدیکتر شود رله زودتر تریپ می کند.

در ضمن در شبکه ای که چند رله دیستانس بکار می رود در موقع اتصالی همه رله های دیستانس تحریک شده، ولی فقط رله ای قطع می کند که به محل اتصال نزدیک بوده وبقیه رله ها به حال خود بر می گردند.

اساس كار رله دیستانس

رله دیستانس یك رله حفاظتی است كه زمان قطع آن تابع مقاومت طول سیم می‌باشد. در اغلب اوقات باید زمان قطع رله تابع محل اتصال كوتاه نسبت به رله باشد، لذا هر چه محل اتصالی از رله دورتر باشد، مقاومت ظاهری قطعه سیم بین محل اتصال تا رله بزرگتر شده و در نتیجه مقاومت اهمی و غیر اهمی آن نیز بزرگتر می‌گردد.

عامل مؤثر در له دیستانس می‌تواند یكی از عوامل:

1. مقاومت ظاهری (امپرانس)
2. هدایت ظاهری (ادمیتانس)
3. مقاومت اهمی (دزیستانس)
4. هدایت اهمی (كندوكتانس)
5. مقاومت غیراهمی (راكتانس)
6. امپدانس اختلاط
7. هدایت غیراهمی (سوسپتانس) باشد.

رله‌ای كه كمیت Z را می‌سنجد رله امپدانس است و رله‌ای كه كمیت X را می‌سنجد رله راكتانس می باشد.

رله دیستانس را می‌توان جهت حفاظت هر نوع شبكه‌ای با هر فشار الكتریكی بكار برد. برای حفاظت شبكه‌هایی با ولتاژ بالاتر از 60KV امروزه فقط از رله دیستانس استفاده می‌شود در ضمن می‌توان به كمك رله دیستانس ترانسفورماتورها و ژنراتورها را نیز حفاظت نمود.

در شبكه‌های بزرگ اگر برای حفاظت در مقابل جریان‌های زیاد خارجی از رله جریان زیاد زمانی استفاده شود؛ زمان قطع رله در صورتیكه یك اتصالی حتی اورشین (Over Shin)، بلافاصله بعد از ژانراتور اتفاق افتد، در حدود 8-7 ثانیه طول خواهد كشید و در این حالت دیده می شود که زمان عبور جریان اتصال كوتاه از ژنراتور بقدری طولانی می‌شود كه ممكن است سبب خراب شدن ایزولاسیون سیم‌پیچی ژنراتور و ایجاد اتصال داخلی شود، لذا از این جهت است كه در شبكه‌های بزرگ برای كوتاه كردن این زمان از رله دیستانس امپدانسی استفاده می‌شود.

زمان قطع رله دیستانس معمولاً در حدود 0.1 ثانیه است، استفاده از رله امپدانس نیز این برتری را دارد كه در موقع اتصالی‌اش، رله امپدانس بطور سریع در زمان خیلی كوتاه (0.1 ثانیه) ژنراتور را قطع می‌كند.

رله دیستانس برای حفاظت ترانسفورماتور در مواقع اتصال خارجی، بخصوص در مواقع اتصال شین، بكار برده شده و در طرفی از ترانسفورماتور كه به شین وصل است نصب می‌شود.

در صورتیكه ترانسفورماتور بین دو شبكه فرعی نصب شده باشد (ترانسفورماتور كوپلاژ)، چون اتصالی در هر یك از شبكه‌ها، سبب عبور انرژی اتصال كوتاه از ترانسفورماتور كوپلاژ می‌شود؛ باید در هر دو طرف ترانسفورماتور رله دیستانس نصب گردد. برای حفاظت ترانسفورماتور می‌توان از رله دیستانس جهت‌دار كه جهت آن بطرف شین است و یا از رله دیستانس معمولی بدون عضو جهت‌یاب استفاده نمود.

برای حفاظت سلکتیو و تصحیح شبكه‌های خطی كه از دو طرف تغذیه می‌شود و یا شبكه حلقه‌ای كه از یك محل تغذیه می‌شود، علاوه بر شدت جریان و زمان از عامل دیگری مثل جهت جریان اتصال كوتاه نیز استفاده می‌شود، و حفاظت شبكه‌های تار عنكبوتی و شبكه‌هایی كه از چند نقطه تغذیه می‌شوند بوسیله رله جریان زیاد كه دارای درجه‌بندی زمانی ثابت و معینی می‌باشد ممكن نیست؛ بلكه بایستی از رله‌ای كه زمان قطع آن متناسب با امپدانس یا فاصله محل اتصالی از مولد باشد استفاده شود كه برای این منظور از رله دیستانس استفاده می‌شود. این رله اتصال كوتاه نزدیك به مولد را سریعتر و اتصال كوتاه در فاصله دورتر را دیرتر قطع می‌كند، عامل موثر مقاومت پس محل اتصالی و مولد می‌باشد.

زمان قطع در رله‌ها مدرن امروزی متناسب با فاصله محل اتصالی از مولد، بطور یكنواخت زیاد نمی‌شود بلكه این تغییرات جهشی و پله‌ای شكل انجام می‌شود و فاصله محل خطا توسط سنجش مقاومت سیم محل خطا و محل نصب رله معین می‌شود.

رله دیستانس دارای این مزیت است كه اولاً شبكه اتصال شده را در كوتاهترین مدت ممكنه بطور سلكتیو مشخص و از شبكه جدا می‌كند و ثانیاً اگر نزدیكترین رله به محل اتصال عمل نكرد، رله بلافاصله بعد آن عمل می‌كند و بطور خودكار شبكه شامل یك یا چند رله رزرو نیز می‌شود بدون اینكه حقیقتاً رله رزروی در شبكه نصب شده باشد.

رله دیستانس بهترین رله برای حفاظت شبكه‌های انتقال انرژی می‌باشد. زیرا فقط بوسیله چنین دستگاهی هر نوع اتصال در هر كجای شبكه در كمترین مدت قطع می‌شود و به همین جهت برای حفاظت شبكه‌های فشار قوی و فشار متوسط از رله دیستانس استفاده می‌شود.

برای حفاظت سیمهای كوتاه، مثلاً در داخل نیروگاه و یا پست ترانسفورماتورها بعلت كوچك بودن امپدانس آن نمی‌توان از رله دیستانس استفاده كرد لذا در اینگونه مواقع بیشتر از رله دیفرنسیال استفاده می‌شود.

رله اتو رکلوزر

انتقال انرژی همیشه در اثر برخورد دو سیم به هم یا سیم به زمین، اتصالی بوجود نمی آید بلکه عامل بیشتر اتصال ها در اثر جرقه قوس الکتریکی می باشد. این قوس ممکن است بین سیم و زمین در طول مقره یا بین دو سیم زده شود و جرقه معمولا به علت نامساعد بودن هوا که شامل برف و مه و طوفان و یا در اثر ازدیاد ولتاژ شبکه که شامل صاعقه یا قطع و وصل می باشد در کلید بوجود می آید، چنین جرقه هایی اغلب با قطع آنی و کوتاه مدت فشار شبکه از بین رفته و خاموش می شود. برای پایداری شبکه از یک نوع کلید در مدارهای فشار قوی از 20 کیلو ولت به بالا و معمولا بیشتر در شبکه های هوایی مورد استفاده قرار می گیرد چون اغلب اتصالی ها در شبکه هوایی رخ می دهد.

تعریف رکلوزر

وسیله ای است که در زمان اتصال کوتاه یا اتصال گذرا خط را قطع، مجددا به طور اتومات وصل کند و در مواقع اتصال دائم خط را قطع دائم می نماید.

اتصال گذرا شامل: 1. پرنده، 2. گیر کردن شاخه درخت به سیم و 3. در اثر باد یا طوفان

اتصال دائم شامل: 1. پارگی سیم، 2. کابل زدگی یا زخم شدن کابل و 3. یخ بستن

رله پاور سوئینگ

برداشتن بار از شبکه باعث نوسان شدید که ناشی از تغییر بار شدید است می گردد و زمان آن بسیار کوتاه است و خط یک امپدانس شدید بوجود می آورد که ممکن است در داخل دایره رله حفاظتی دیستانس باشد و در نتیجه رله عمل نماید برای جلوگیری از این کار یک مدار به عنوان پاورسوئینگ بلوکینگ اضافه می کنیم و از عملکرد بی مورد رله دیستانس جلوگیری می نماییم.

رله فیوز فیلور

فیوز فیلور در خطوط 132 کیلو ولت بکار می رود و طرز کار آن به این صورت است که چنانچه فیوز تغذیه ولتاژ رله دیستانس که در ثانویه ترانس ولتاژ قرار دارد عمل کند، ولی اتصالی در شبکه وجود نداشته باشد فیوز فیلور عمل نموده و باعث بلاک رله دیستانس می شود. زیرا می دانیم رله دیستانس براساس Z=U/ I کار می کند. سپس اگر ولتاژ قطع شود رله دیستانس نسبت به خطا واکنش می دهد که در این حالت فیوز فیلور از این خطا جلوگیری می کند با عملکرد فیوز فیلور آلارم شاخص قرمز رنگی نشان داده می شود پس از وصل فیوز دکمه قرمز رنگ فیوز فیلور را ریست می کنیم.

رله اور کارنت دایرکشنال

رله اورکارنت دایرکشنال که زمان روی آن تنظیم شده و بر طبق آن عمل می کند،کاربرد رله جریان زیاد دایرکشنال برای مواردی که اتصالی از یک طرف تغذیه می شود به کار می رود.

انواع رله جریان زیاد عبارتند از: 1. زمان ثابت، 2. زمان معکوس و 3.آنی

زمان ثابت: زمان عملکرد قابل تنظیم و به مقدار شدت ارتباط ندارد یا به عبارت دیگر رله ای است که در زمان معینی تنظیم می شود.

زمان معکوس: زمان عملکرد نسبت عکس با شدت جریان دارد یا به عبارت دیگر هر چقدر شدت جریان زیادتر شود زمان قطع کمتر می شود.

آنی: زمان عملکرد صفر است.

رله ارت فالت دایرکشنال

رله ای است که مستقیما از اتصال زمین تغذیه می کند و در هنگامی که یک فاز یا دو فاز یا هر سه فاز به زمین وصل شود و جریان از آن بگذرد و به زمین برسد فورا رله آن را دیده و بوبین آن تحریک شده و فرمان قطع را صادر می کند و شاخص آن این عمل را نشان می دهد.

حفاظت از باسبارها

حفاظت اصلی باسبارها توسط رله دیفرانسیل و حفاظت فرعی یا پشتیبانی آنها توسط رله های اورکارنت و ارت فالت می باشد.

عملکرد رله دیفرانسیل

رله دیفرانسیل بر اساس مقایسه جریان ها (تراز جریانی ) کار می کند و به مقدار جریان بستگی ندارد و فقط اگر ضریب تبدیل بهم بخورد رله عمل می کند. رله دیفرانسیل برای حفاظت ترانس، ژنراتور، باسبار، الکتروموتور بکار می رود.

مواردی که باعث عملکرد نا خواسته رله دیفرانسیل می شود:

الف: اشباع ترانس های جریان CT1 و CT2 در اثر عبور جریان اتصال کوتاه خارج از محدوده حفاظت باعث عملکرد رله می شود.

ب: وجود تپچنجر در ترانس قدرت.

ج: جریان ضربه ای در حفاظت ترانس قدرت.

بنابراین رله دیفرانسیل باید طوری ساخته شود که در موارد بالا از عملکرد آن جلوگیری شود.

الف – اشباع ترانس های جریان: در اثر عبور جریان زیاد ناشی از اتصال کوتاه خارج از محدوده، حفاظت ترانس های جریان به ناحیه اشباع می رسد و بعلت عدم تطبیق منحنی های مغناطیسی آنها در ناحیه اشباع و در نتیجه خطای ترانس های جریان، اختلاف جریانی بوجود می آید که می تواند باعث عملکرد نا خواسته رله شود.

ب – وجود تپچنجر در ترانس های قدرت: در اثر تغییر مراحل تپ چنجر در ترانس های قدرت چون نسبت تبدیل ترانس ها در زمان تعویض تپ تغییر می کند در نتیجه در نسبت جریان اولیه و ثانویه نیز تغییری بوجود می آورد که باعث عملکرد ناخواسته رله می شود. برای جلوگیری از عملکرد رله دیفرانسیل باید پایدار باشد.

ج – جریان ضربه ای: هنگام برقدار کردن ترانس (در صورت باز بودن ثانویه) یک جریان ضربه ای که مقدار آن به 8 تا 12 برابر جریان نامی می رسد از سیم پیچ اولیه عبور می کند که چون مقدار آن در سیم پیچ اولیه می باشد و جریان ثانویه صفر است رله دیفرانسیل به علت تفاوت جریان عمل خواهد کرد در صورتی که این جریان زیاد، پس از چند میلی ثانیه کاهش می یابد و به جریان بی باری می رسد رله نباید در این حالت عمل نماید برای جلوگیری از عملکرد رله باید Inrush Proof باشد.

برای رله دیفرنسیال معمولاً از یك رله جریانی (رله آمپریك) ساده استفاده می‌شود و جریانی كه رله را بكار می‌اندازد برابر با تفاوت جریانهای ثانویه و اولیه ترانسفورماتور می‌باشد.

برای نشان دادن اتصال زمین در ژنراتور می‌توان از مدار رله دیفرنسیال استفاده كرد بطوریكه رله اتصال زمین سین نقطه صفر رله دیفرنسیال و نقطه اتصال ستاره ترانسفورماتور جریان بسته می شود و بدینوسیله از بكار بردن ترانسفورماتور جریان اضافی جهت رله اتصال زمین صرفنظر می‌شود.

اگر یك اتصال بدنه در ژنراتور یا اتصال زمین در كابل رابط بین ژنراتور تا ترانسفورماتور جریان اتفاق افتد، از هر سه فاز جریان اتصال زمین عبور می‌كند كه از نظر قدر مطلق و فاز با هم برابر هستند لذا این سه جریان در سیم پیچی ثانویه ترانسفورماتورها القاء شده و مجموع آنها از رله اتصال زمین می‌گذرد و با زمین مدارش بسته می‌شود. در صورتیكه اتصال زمین بعد از ترانسفورماتور جریان (در شبكه یا در سیم‌های هوائی) باشد باز هم جریان اتصال زمین از محل اتصال شده عبور می‌كند ولی نتیجه جریانها در طرف ثانویه ترانسفورماتورها جریان صفر یا نزدیك صفر خواهد بود، لذا رله اتصال زمین بدون جریان می‌ماند.

رله دیفرنسیال جریانهای دو طرف ترانسفورماتور را با در نظر گرفتن نسبت تبدیل و نوع اتصال می‌سنجد و مقایسه می‌كند.

همانطور كه می‌دانیم مجموع جریانهای ورودی و خروجی ترانسفورماتور بدون عیب با در نظر گرفتن نسبت تبدیل آن باید برابر صفر باشد. ولی بعلت جریان مغناطیسی كننده و متفاوت بودن منحنی مشخصات ترانسفورماتورها و جریان و غیره نتیجه جریانها در دو طرف قدری بزرگتر از صفر خواهد بود.

از آنجا كه جریانهای دو طرف ترانسفورماتور توسط رله دیفرنسیال با هم مقایسه می‌شوند باید ترانسفورماتورهای جریانی كه در دو طرف فشار قوی و ضعیف‌ ترانسفورماتور بسته می‌شوند، بطریق انتخاب شوند كه جریانهای زكوندر ترانسفورماتورها جریان دو طرف ترانسفورماتور از نظر قدر مطلق و فاز با هم كاملاً برابر باشد.

جریانها از نظر قدر مطلق موقعی با هم برابر می‌شوند كه نسبت ضریب تبدیل ترانسفورماتورهای جریان دو طرف فشار قوی و ضعیف برابر با عكس ضریب تبدیل ترانسفورماتور قدرت باشد.

رله دیفرنسیال كه برای حفاظت ترانسفورماتور بكار برده می‌شود نباید دارای حساسیت زیاد باشد زیرا در ترانسفورماتورهای سالم نیز اغلب تفاوت جریانی در دو طرف سیم‌پیچی زكوندر (ثانیه) ترانسفورماتور جریان ظاهر می‌شود. این جریان (تفاوت جریان) اولاً توسط جریان مغناطیسی (جریان بدون بار) و در ثانی توسط برابر نبودن منحنی مغناطیسی ترانسفورماتورهای جریانی كه در دو طرف ترانسفورماتور نصب شده است مخصوصاً در جریان خیلی زیاد ایجاد می‌شود.

حفاظت شین توسط رله دیفرنسیال؛ در حالت عادی و نرمال مجموع جریانهایی كه از شین گرفته می‌شود برابر جریانهایی است كه به شین وارد می‌شود. یا بعبارت دیگر مجموع برداری جریانهای كلیه انشعابهای شین صفر است. در موقع بروز خطا در شین، مجموع جریانها صفر نمی‌شود، بلكه جریان باقیمانده‌ای بوجود می‌آید كه می‌توان از آن جهت حفاظت شین استفاده كرد.

دستگاه حفاظت و مراقبت روغن

دستگاه هایی که جهت مراقبت روغن برای تعیین و تشخیص اتصال کوتاه در ترانس های روغنی بکار برده می شود عبارتند از: رله بوخهلتس و رله توی بر.

رله توی بر در درجه اول برای حفاظت ترانس در مقابل اضافه بار و درجه دوم برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه بکار می رود. لذا برای شناسایی اتصال در داخل ترانس بیشتر از رله بوخهلتس استفاده می شود.

رله بوخهلتس

رلۀ بوخ هلتس یک رلۀ حفاظتی برای دستگاهی است که توسط روغن خنک میشود و یا از روغن به عنوان ایزولاسیون در آن استفاده شده است و دارای ظرف انبساط نیز می باشد. این رله با بوجود آمدن گاز یا هوا در داخل منبع روغن دستگاه و یا پائین رفتن سطح روغن از حد مجاز و یا در اثر جریان پیدا کردن شدید روغن بکار می افتد و سبب به صدا درآوردن سیگنال و دادن علامت می شود و یا اینکه مستقیماً دستگاه خسارت دیده را از برق قطع می کند.

رلۀ بوخ هلتس به قدری دقیق است که به محض اتفاق افتادن کوچکترین خطائی عمل می کند و مانع آن می شود که دستگاه خسارت زیادی ببیند. اگر از این رله برای ترانسفورماتور روغنی استفاده شود، خطاهائی که سبب بکار انداختن رلۀ بوخ هلتس می شوند عبارتند از:

جرقه بین قسمتهای زیر فشار و هستۀ ترانسفورماتور

اتصال زمین

اتصال حلقه و کلاف

قطع شدن در یک فاز

سوختن آهن

چکه کردن روغن از ظرف روغن و یا از لوله های ارتباطی.

در خطاهای کوچک، هوا یا گازهای متصاعد شده از روغن، وارد لولۀ رابط بین ترانسفورماتور و منبع ذخیرۀ روغن (ظرف انبساط) شده و به داخل رلۀ بوخ هلتس که در یک قسمت از این لوله قرار دارد راه یافته و به طرف فسمت بالای رله که به صورت مخزن گاز درست شده است صعود می کند و در آنجا جمع می شود.

گازهای راه یافته به داخل رلۀ بوخ هلتس به سطح فوقانی روغن فشار می آورد و باعث پائین آوردن سطح روغن در رلۀ بوخ هلتس میگردد. این فشار به شناور بالائی رله، منتقل میشود و آن را به طرف پائین میراند. حرکت شناور باعث بستن و یا باز کردن کنتاکتهائی میشود که جهت دادن فرمان در یک محفظۀ جیوه ای تعبیه شده است. در موقعی که خطا به صورت یک اتصالی شدید باشد، گازهای متصاعد شده در اثرقوس الکتریکی قدری زیاد می گردد که موجب راندن موجی از روغن به داخل ظرف انبساط میشود. اگر سرعت موج روغن از مقدار معینی که قبلاً تنظیم شده است تجاوز کند، قبل از اینکه گازها به داخل رلۀ بوخ هلتس راه یابند، دریچه اطمینان رله به کار می افتد و باعث قطع ترانسفورماتور از برق می شود. اگر رلۀ بوخ هلتس دارای دو گوی شناور باشد، دریچه اطمینان طوری تنظیم می شود که در صورتیکه سرعت حرکت روغن مابین 50 تا 150 سانتیمتر بر ثانیه رسید، رله قطع کند.

در مرحله اول که زنگ خطر بکار می افتد و آلارم می دهد اشکالات بوجود آمده عبارتند از:

1. نقایص عایق کاری.
2. خراب شدن عایق ورقه های هسته و پیچ اتصال ورق های هسته.
3. کامل نبودن کنتاکتها در اتصالات الکتریکی.
4. گرم شدن بیش از حد قسمتی از سیم پیچ و خراب شدن عایق ها به علت عبور جریان فوکو بیش از حد.
5. در مرحله دوم که دستگاه قطع خواهد شد و فرمان تریپ به ترانس داده خواهد شد اشکالات بوجود آمده عبارتند از:
6. شکستن بوشینگ ها.
7. اتصال کوتاه فاز به فاز.
8. اتصال زمین.
9. اتصال داخل سیم پیچ ها.
10. اتصال تپ ها به یکدیگر.
11. پایین آمدن سطح روغن در اثر سرد شدن روغن بیش از حد و کم بودن روغن یا نشتی روغن.

رله توی بر

این رله نیز در حفاظت ترانس های روغنی بکار برده می شود، در این رله نیز از حرکت روغن و ایجاد گاز استفاده شده است. همانطور که می دانیم ازدیاد درجه حرارت باعث انبساط روغن می شود و این روغن ضمن گذشتن از لوله رابط بین ترانس و ظرف انبساط رزرو به یک سوپاپ سنج (دیافراگم ) برخورد می کند و در پشت سوپاپ فشار ایجاد می کند که این فشار توسط فشارسنج سنجیده می شود که در این فشار سنج چندین کنتاکت پیش بینی و نصب شده است به طوری که اگر ازدیاد فشار به طور آهسته انجام گیرد کنتاکت خبر دهنده بسته و باعث بستن مدار سیگنال خواهد شد و درصورتی که فشار سریعا ازدیاد یابد کنتاکت دیگری در فشار سنج موجب قطع فوری ترانس می شود. در مرحله اول در اثر بار زیاد ودر مرحله دوم اثر اتصال کوتاه ایجاد می شود.

حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و اتصالی زمین

اولین و یکی از مهمترین حفاظت هایی که در یک سیستم وجود دارد حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و نشتی زمین می باشد. این حفاظت ها با حفاظت اضافه بار تفاوت آشکاری دارد چون حفاظت اضافه بار بر اساس ظرفیت حرارتی واحد می باشند. در این نوع حفاظت جریان سه فاز توسط سه عدد ترانسفورمر جریان حس می گردند و به رله انتقال می یابند و بر اساس آن حفاظت صورت می گیرد. در مورد حفاظت فوق منحنی قطع رله از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است زیرا حفاظت صحیح بر اساس آن صورت میگیرد.

▪ این رله ها می توانند دارای دو گروه منحنی قطع باشند:

ـ نوع زمان ثابت که پارامتر جریان و زمان به هم وابستگی ندارند و به صورت جداگانه تنظیم می گردند و رله بر اساس جریان تنظیمی در زمان تنظیم شده فرمان قطع را صادر می کنند.

ـ نوع زمان کاهشی که در این حالت زمان قطع رله با یک منحنی به جریان عبوری از رله مرتبط می باشد. به این صورت که هر چه جریان عبوری از رله بیشتر گردد زمان قطع رله کمتر خواهد بود.

▪ بسته به عملکرد و نوع استفاده از رله منحنی های استانداردی برای این رله ها تعریف می گردد که بشرح زیر است:

ـ Standard Inverse Curve (SIT)

ـ Very Inverse Curve (VIT)

ـ Extremely Inverse Curve (EIT)

ـ Ultra Inverse Curve (UIT)

حفاظت سیستم های الکتریکی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و امروزه کمپانی های متعددی در حال طراحی و ساخت رله های حفاظتی می باشند. برخی از کمپانی های معتبر که در این زمینه مشغول به فعالیت می باشند را معرفی می کنیم.

Siemens، Alstom، ABB، GE Power، Schneider، CEE، Reyrolle

دانلود مستقیم فیلم رله چیست – HD | با حجم 18 مگابایت

راستی! برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام PowerEn عضو شوید.