حفاظت:

کلیه تجهیزات مورد استفاده جهت تشخیص و مکان یابی خطا و همچنین ایجاد فرمان برای برطرف کردن خطا از سیستم قدرت جزو وسایل حفاظتی محسوب می شوند. ونیز بر همین مبنا وسیله ای را که برای تشخیص قسمت معیوب تاسیسات الکتریکی و یا برای تولید سیگنال خطر در حالت وقوع خطا یا شرایط غیرعادی طراحی شده باشد، رله حفاظتی می نامند. یا به عبارتی رله اصولاً به دستگاهی گفته می شود که در اثر کمیت الکتریکی و یا کمیت فیزیکی مشخصی، تحریک می شود و موجب به کار افتادن دستگاه یا دستگاه های الکتریکی دیگری می شود.

همچنین ترکیبی ازوسائل حفاظتی که درشرایط غیرعادی برای ارسال فرمان قطع عنصرمعیوب ویا دادن سیگنال آلارم یا هر دو استفاده می شود، سیستم حفاظت نامیده می شود.

طرح حفاظتی مجموعه ایستگاه:

به چند سیستم حفاظتی هماهنگ شده می گویند که برای حفاظت یک یا چند عنصر سیستم بکار می رود.

ویژگی های یک سیستم حفاظت به اختصار:

1. اطمینان بخشی: قابل اطمینان بودن وسایل حفاظتی یا اطمینان ازعملکرد درست آن.

2. انتخابگری: توانایی تشخیص یک خطا و قطع نمودن کمترین تعداد کلید برای برطرف کردن خطا.

3. سرعت کافی: از آنجا که سرعت عمل اثرمستقیمی بر پایداری کلی سیستم دارد، سیستم حفاظتی باید بتواند در کمترین زمان ممکن عمل کرده و خطا را برطرف کند.

4. ثبات: پایداری سیستم حفاظتی.

5. حساسیت: سیستمی که جریان عملکرد آن پایین باشد.

در یک ایستگاه برای حفاظت از تجهیزات و همچنین خطوط انتقال بطور کلی دو نوع حفاظت وجود دارد. اول حفاظت اصلی که وظیفه آن قطع کردن کلید قدرت روی قسمت دچار خطا شده با سرعت هر چه تمامترمیباشد، دوم حفاظت پشتیبان که هدف آن کمک به حفاظت اصلی است، البته وقتی که به هر دلیل حفاظت اصلی عمل نکند، هنگام بروز اتصالی به طور معمول رله های اصلی و پشتیبان با هم بکار می افتند ولی انتظار می رود رله های اصلی کلید مربوطه را قطع و جزء معیوب را از سیستم جدا کند. بنا براین رله های پشتیبان باید با تاخیر زمانی کافی به کار افتد تا در صورتی که حفاظت اصلی عمل نکرد به عنوان پشتیبان عمل کند.

به عنوان مثال درژنراتورها از رله دیفرانسیل به عنوان حفاظت اصلی و از رله های امپدانس زیاد) ref (یا رله اضافه جریان(over current) (برای حفاظت اظافه جریان)، ((back up به عنوان پشتیبان استفاده می شود.

بطور کلی اتصال کوتاه به چهار صورت رخ می دهد:

1ــ اتصال کوتاه سه فاز

2ــ اتصال کوتاه دو فاز

3ــ اتصال کوتاه دو فاز به هم به زمین

4ــ اتصال کوتاه فاز به زمین

اصولاً برای تشخیص و در نتیجه حفاظت از سیستم در مقابل خطای اتصال کوتاه از رله استفاده می شود. رله دستگاهی است که به موقع خطا را تشخیص داده وبه وسیله دادن آلارم ویا قطع یک دی‍‍ژنگتور قسمت معیوب را ازمدارخارج می کند (صدور فرمان تریپ به قسمت های مختلف قدرت).

اجزای تشکیل دهندۀ سیستم حفاظت در ایستگاه معمولاً شامل:

1ــ CT 2ــPT 3ــ سیستم برق dc

4ــ انواع رله ها 5ــ انواع فیوز ها 6ــ انواع دیژنگتورها

7ــ بوبین ها می باشد.

انواع رله های مورد استفاده در پست جهت حفاظت نیز شامل :

1ــ رله ریکلوزر

2ــ رله دیستانس

3ــ رله حرارتی

4ــ رله ولتاژزیاد

5ــ رله جهتی

6ــ رله فشاری

7ــ رله آمبولانسی

8ــ رله اضافه شار

9ــ رله جانسون و رله بوخهلتس

10ــ ارت فالت وغیره می باشد.

رله بوخهلتس:

در صورتی که مقدار گاز ذخیره شده در رله بوخهلتس از حد معین تجاوز کند،اولین شناور آن(شناور آژیر)بحرکت در آمده و با وصل کردن کلید مخصوص آژیر خطر را به صدا در می آورد. اگر ترانسفورماتور را با وجود بصدا در آمدن آژیر خطر شخصاً قطع نکنیم و عاملی که سبب متصاعد شدن گاز از ترانس شده نیز بر طرف نگردد، رله به قدری از گاز پر می شود که نیروی لازم برای بکار افتادن دومین شناور (شناور قطع)را نیز پیدا می کند و در نتیجه شناور قطع بطور خود کار ترانس مذبور را از شبکه قطع می کند.

اگر خطای بزرگی بطور غیر مترقبه ترانسی را تهدید کند، متصاعد شدن گاز بحدی شدید می شود که حرکت گاز با جریان شدید روغن توأم می شود و این دو باعث به حرکت در آوردن شناور قطع و در نتیجه قطع فوری ترانس از شبکه برق می گردد.

در ترانس هایی که بدون داشتن نقص فنی در ضمن بار تولید کاز می کند، مثل ترانس های با تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ که در موقع عمل کردن تولید جرقه الکتریکی بین کنتاکت ها می کند، نمی توان از رله بوخهلتس دو شناوری که دارای محلی برای ذخیره گاز می باشد استفاده کرد، بلکه به علت اینکه ایجاد گاز علامت وقوع عیبی در ترانس نیست، می توان فقط از حرکت روعن جهت حفاظت ترانس استفاده کرد و به این جهت در اینگونه ترانس ها از رله بوخهلتس با شناور قطع کننده استفاده می شود. محل نصب رله بوخهلتس در لوله رابط بین ترانس و ظرف انبساط روغن می باشد.

در ترانس های خیلی بزرگ که دارای محفظه متعدد برای روغن می باشد، مانند محفظه سیم پیچی، محفظه تنظیم کننده ولتاژو محفظه مقره ی عبور باید هر محفظه ای به طور جداگانه با رله بوخهلتس مجهز شود.

تنظیم درجه حرارت رله بوخهلتس کاملاً تجربی است و بستگی به ترانس و رله دارد در هر حال باید دقت شود که رله خیلی حساس نباشد، زیرا اضافه بار و جریان های اتصال کوتاه و شدید خارجی و حتی تغییر حرارت موسمی سبب جربان پیدا کردن روغن می شود که نباید رله بوخهلتس را به کار بیندازد.

پس از قطع شدن ترانس در اثر رله بوخهلتس، باید گاز هایی که در محفظه کاز رله جمع شده است خارج نمود تا شناور آژیر مجدداً به محل اولیه خود باز گردد.

در ضمن گازهایی که از محفظه گاز رله ی بوخهلتس، باید از نظر قابلیت اشتعال مورد آزمایش قرار گیرد، زیرا اغلب در صورتی که ترانس خوب تخلیه نشده باشد هوای موجود در داخل روغن، کم کم خارج شده و در رله بوخهلتس جمع می گردد و سبب به کار افتادن آژیر می شود، در ثانی ممکن است بنحوی هوا در داخل ترانس نفوذ کرده باشد.این عمل در ترانس هایی که روغن آن جدیداً تعویض شده است پیش می آید.

اولین کنترل جهت قابلیت سوخت گاز، کبریت مشتعل می باشد.

خصوصیات سویچ های رله (کنتاکتها) به شرح زیر است:

1ــ مقاومت زیاد در برابر زلزله

2ــ امکان قفل نمودن شناور رله هنگام حمل و نقل

3ــ آسانی کنترل سویچ ها ی آلارم و تریپ

4ــ شیر تخلیه قابل دسترسی در سطح زمین (در برخی از مدل ها)

سویچ مربوط به اتصالی شدید: در این حالت شناور منحرف شده و اگر سرعت حرکت روغن از درون تانک ترانسفورماتور به طرف کنسرواتور (به علت تولید سریع گاز و اتصالی

شدید) از مقدار حدود 100 با تلرانس 15% سانتی متر بر ثانیه بیشتر شود باعث عملکرد کنتاکت تریپ می گردد.

کنترل و سرویس و نگهداری: طبق جدول زیر صورت می گیرد.

نکات مهم:

ــ در صورتی که همه یا قسمتی از روغن ترانس تخلیه شده باشد و روغن اضافه نماییم و ترانس را مجدداً در مدار قرار دهیم امکان جمع شدن حباب هوا در درون رله وجود دارد. لذا تا 24 ساعت احتمال آلارم رله وجود دارد .

ــ در صورت تغییر سریع درجه حرارت محیط مثلاً از گرما به سرما احتمال جمع شدن حباب هوا درون رله وجود دارد.

ــ در صورت ظهور آلارم رله بوخهلس از درون دریچه بایستی حباب یا هوا مشاهده شود. سپس نسبت به هوا گیری و تخلیه گاز اقدام گردد. در صورتیکه هوایی وجود نداشت امکان عملکرد کاذب رله وجود دارد برای اطمینان از سالم بودن کنتاکتها بایستی تستهای کنترل عملکرد سویچ و اندازه گیری مقاومت عایقی کنتاکت رله انجام شود.

ــ در صورتیکه سطح روغن ترانس از رله بوخهلتس پایین تر بیاید، رله عمل خواهد کرد.

ــ بایستی ابتدا آلارم ظاهر شود و سپس کنتاکت تریپ عمل نماید.

ــ امکان رفتن باران و رطوبت در قسمت ترمینال های رله بوخهلس بررسی شود.

ــ اگر اتصالی مربوط به کاغذهای عایق باشد رنگ گتز تولید شده سفید یا زرد می باشد و اگر اتصالی مربوط به روغن باشد رنگ گاز سیاه یا خاکستری می باشد و غیر قابل اشتعال.

ــ لاستیک فلنج های رله بوخهلس مناسب باشند تا باعث گرفتگی لوله های عبور روغن نگردد.

ــ درخلال عملیات سیر کوله روغن (جهت تصفیه فیزیکی روغن ترانسفورماتور) احتمال دارد که هوای ایجاد شده به وسیله ی گردش روغن در رله بوخهلس جع گردد. در چنین حالتی اگر سیر کوله روغن در حالت برفدار بودن ترانس صورت گیرد، بهتر است فرمان تریپ رله بوخهلس حذف گردد و فقط آلارم وجود داشته باشد. همچنین بعد از عملیات تصفیه نیز تا 24 ساعت این احتمال وجود دارد.

ــ در مورد ترانس های بزرگ که مجهز به پمپ گردش روغن جهت خنک کنندگی هستند، هنگام روشن شدن پمپ روغن نبایستی رله بوخهلس عمل نماید لذا رله نباید خیلی حساس باشد.

تفاوت رله بوخلهس و رله جانسون:

1ــ رله بوخهلس برای حفاظت سیم پیچ و تانک اصلی ترانسفورماتور کاربرد دارد ولی رله ی جانسون وظیفه ی حفاظت تاپ چنجر را بر عهده دارد.

2ــ رله بوخهلس نسبت به حرکت روغن و ایجاد گاز حساس می باشد ولی رله جانسون بدلیل اینکه در مخزن تاپ چنجر دائماً در اثر تغییر تپ گاز متصاعد می گردد نسبت به گاز دارای حساسیت کمتر می باشد.

3ــ رله بوخهلس دارای دو کنتاکت یکی مربوط به آلارم و دیگری مربوط به تریپ است ولی رله جانسون دارای یک کنتاکت تریپ می باشد.

یک تجربه:

ترانسفورماتور 20/132 کیلوولت ایستگاه کنگان بر اثر تریپ رله بوخهلس ترانس نولساز2 بار قطع می گردد. در این خصوص بررسی هایی صورت پذیرفت تا نهایتاً علت مشخص گردید.

اولاً: قبل از تریپ آلارم ظاهر نشده است که نشان دهنده ی عملکرد کاذب و یا اشکال کنتاکت آلارم رله می باشد.

ثانیاً: هنگام کنترل رله مشخص گردید که هیچ هوا یا گازی درون رله بوخهلس جمع نشده است. لذا احتمال اشکال رله افزایش یافته است.

در مرحله ی بعدی سیمهای ترمینال آلارم و تریپ رله بوخهلس باز گردیدند تا کنتاکت آنها از نظر قطع و وصل چک شود. که موردی مشاهده نگردید. منتها هنگام تست مقاومتی عایق مشخص گردید که مقاومت عایقی بین کنتاکت و بدنه رله بوخهلس صفر می باشد و همین موضوع باعث عملکرد اشتباه رله شده است.

دیفرانسیل:

رله دیفرانسیل جریان های دو طرف ترانس را با در نظر گرفتن نسبت تبدیل و نوع اتصال می سنجد و مقایسه می کند.

همانطور که می دانید مجموع جریان های ورودی و خروجی ترانس بدون عیب با در نظر گرفتن نسبت تبدیل آن باید صفر باشد.

با این تفسیر ، صفر نشدن مجوع جریان های دو طرف ترانس نشانه ای از اتصال داخلی ترانس می باشد. این اتصالی ممکن است دو طبقه یا سه طبقه باشد.در ضمن اتصال حلقه نسبت تبدیل را تغییر داده و ممکن است تعادل جریان را در دو طرف ترانس به هم بزند. در اتصال زمین دوبل در صورتی که یک اتصالی در داخل و دیگری خارج ترانس باشد عمل کردن و جواب دادن رله بستگی به طرز اتصال رله دیفرانسیل دارد.

از آنجا که جریان های دو طرف ترانس توسط رله دیفرانسیل با هم مقایسه می شوند باید ترانس های جریانی که که در دو طرف فشار قوی و فشار ضعیف بسته می شود می شوندبه طریقی انتخاب شوند که جریان های زکوندر ترانس های جریان دو طرف ترانس از نظر قدر مطلق و فاز با هم کاملاً برابرباشد.

جریان ها از نظر قدر مطلق زمانی با هم برابر می شوند که نسبت ضریب تبدیل ترانس های جریان دو طرف فشار قوی و فشار ضعیف برابر با عکس ضریب تبدیل ترانس قدرت باشد.

رله ی دیفرانسیل یک رله ی حفاظتی با ناحیه ی محدود می باشد یعنی به خطاهای داخل محدوده ی خود پاسخ می دهد و در مقابل خطاهای خارج از محدوده حفاظت عکس العمل نشان نمی دهد. بنابراین تاخیر زمان در این رله نیاز نمی باشد.

کاربرد رله ی دیفرانسیل بیشتر در حفاظت ترانس فورماتورها، ژنراتورها، الکتروموتورها و در برخی موارد روی باسبار می باشد.

انتخاب رله دیفرانسیل جهت حفاظت ترانسفورماتور:

در انتخاب رله دیفرانسیل جهت حفاظت ترانسفورماتورها بایستی موارد زیر را در نظر گرفت:

1ــ نسبت تبدیل ترانسفورماتور: چون مقدار جریان اولیه و ثانویه ترانسفورمانورها یکسان نمی باشد بایستی در انتخاب نسبت تبدیل CTها دقت نمود و طوری انتخاب شوند که تعادل در جریان ورودی رله حفظ شود.

2ــ گروه اتصال: چون هر ترانسفورماتور دارای گروه اتصال خاصی است بنابراین، اختلاف فازی بین جریان اولیه و ثانویه وجود دارد. لذا بایستی اتصالات CTها را طوری انتخاب نمود که اثر این اختلاف فاز ازبین برود. مثلاً چنانچه ترانس قدرت به صورت اتصال ستاره ـــ مثلث می باشد بایستس CTها را به صورت مثلث ـــ ستاره بست تا اختلاف فاز از بین برود.

خطای رله دیفرانسیل:

رله دیفرانسیل شرح داده شده در بالا دربعضی مواقع اشتباهاً فرمان قطع صادر کرده و باعث قطع بی مورد دستگاه حفاظت شده می گردد. این موارد که خطای رله ی دیفرانسیل نامیده می شود

عبارتند از:

1ــ اشباع مدار مغناطیسی ترانسهای جریان در حین اتصال کوتاه

2ــ وجود تاپ چنجر در ترانسفورماتورها (خطای نسبت تبدیل)

3ــ جریان هجومی (Inrush Current)

1ــ اشباع مدار مغناطیسی ترانسهای جریان در حین اتصال کوتاه:

دراثرعبورجریان زیاد ناشی ازاتصال کوتاه خارج ازمحدوده حفاظت، ترانسهای جریان به اشباع می رسند به علت عدم تطبیق منحنی مغناطیسی دوترانس جریان درناحیه اشباع، اختلافی در مقدار جریانهای ثانویه بوجود می آید. این اختلاف جریان با وجود مساوی بودن جریانهای اولیه، به علت اشباع ترانسهای جریان به وجود می آید و باعث عمل کردن رله در برابر اتصالی های خارج از محدوده حفاظتی می شود. برای جلوگیری از عملکرد رله دیفرانسیل در برابر اتصالی های خارج از محدوده، رله را پایدار می سازند. بدین ترتیب که از سیم پیچ هایی استفاده می کنند که نیروی مقاومی در مقابل نیروی عمل کننده بوجود می آورد که درحالت های اتصالی خارج از محدوده مقدار نیروی مقاوم از نیروی عمل کننده بیشتر می باشد و مانع از عمل کردن رله می گردد.

2ــ وجود تاپ چنجر در ترانسفورماتورها (خطای نسبت تبدیل):

تاپ چنجر در ترانسهای قدرت در اصل باعث تغییر نسبت تبدیل ترانس در شرایط مختلف می شود. از طرفی همانطور که در قسمت ترانس جریان کمکی توضیح داده شد در حفاظت ترانس قدرت جهت جبران نسبت تبدیل از ترانس جریان کمکی استفاده می شود که محاسبه ی نسبت تبدیل آن بر اساس نسبت تبدیل نامی ترانس قدرت می باشد. بنابراین با تغییر نسبت تبدیل ترانسفورماتور بر اثر تغییر پله تپ چنجر مجدداً اختلاف فاز در دو جریان ثانویه به وجود آمده که باعث عملکرد رله می شود.

نسبت تبدیل ترانس جریان کمکی بر اساس نسبت تبدیل ترانس قدرت در تپ نرمال تعیین می شود، مثلاً یک ترانس قدرت MVA15 با نسبت تبدیل 20/63 کیلوولت در تپ نرمال 10 در ثانویه ترانس قدرت 433 آمپر و در اولیه ترانس قدرت 131 آمپر وجود دارد که با توجه به نسبت تبدیل ترانسهای جریان 20 و 63 کیلوولت، نسبت تبدیل ترانس جریان کمکی تعیین می شود. حال اگر تپ ترانس قدرت را از 10 به 15 تغییر دهیم و با فرض ثابت بودن جریا بار (433آمپر)، جریان اولیه بجای 131آمپر حالت قبل به 140 آمپر تغییر می کند. این تغییر باعث می شود که از رله جریان عبور کرده و عمل کند. لذا رله دیفرانسیل را جهت جلوگیری از این عملکرد اشتباه در اثر تغییرات تپ، تنظیم می نمایند (در صورتی که اختلاف جریانها از اختلاف ناشی از تغییرات تپ بیشتر شد رله عمل نماید).

3ــ جریان هجومی (Inrush Current):

در زمان وصل ترانسفورماتور قدرت به شبکه (ثانویه ترانس بی بار می باشد) جریان شدیدی که تا ده برابر جریان نامی نیز ممکن است برسد، از اولیه عبور می کند و پس از مدت کوتاهی به جریان بی باری که بسیار هم کوچک است می رسد (در این حالت چون ثانویه ترانس باز است هیچ جریانی از ثانویه عبورنمی کند). این جریان به جریان هجومی موسوم استو چون در این لحظه از ثانویه هیچ جریانی عبور نمی کند برای رله به منزله ی اتصال کوتاه داخل محدوده بوده و عمل خواهد نمود.

برای جلوگیری از عملکرد رله دیفرانسیل در برابر جریان هجومی دو روش زیر وجود دارد:

الف) ایجاد تاخیر زمانی درصدورفرمان رله: به دلیل اینکه جریان هجومی پس ازمدت کوتاهی از بین می رود می توان از یک المان تاخیری استفاده نمود. این عضو زمانی برای مدت بیشتر از زمان موج جریان هجومی تنظیم می شود و رله بر اثر این جریان عمل نخواهد کرد. اما به دلیل اینکه رله برای جریان اتصال کوتاه نیز همین مدت زمان تاخیر می کند و سپس فرمان قطع صادر می کند، باعث صدمه به ترانس می گردد و روش مناسبی نمی باشد.

ب) استفاده از هارمونی دوم: ازآنجایی که روش الف از نظر سرعت مناسب نبوده و حتی اگر تاخیر زمانی فقط در موقع وصل ترانس وجود داشته باشد باز چون امکان دارد ترانس در موقع وصل اتصالی داشته باشد با تاخیر مواجه خواهد شد و لذا روش فوق مناسب نمی باشد. روش دیگری که مورد استفاده قرار می گیرد استفاده از هارمونی نوع دوم می باشد. زیرا از تفاوتهای اساسی جریان هجومی با جریان اتصال کوتاه درصد هارمونی نوع دوم می باشد در جریان هجومی حدود 60% هارمونی دوم وجود دارد و در جریان اتصالی حدود 3% هارمونی دوم وجود دارد. لذا اگر در رله نیروی مقاومی از هارمونی دوم بوجود آید در جریان هجومی بدلیل بزرگ بودن مقدارآن از عملکرد رله جلوگیری خواهد شد.

عملکرد رله دیفرانسیل:

رله دیفرانسیل یکی از مهمترین رله های نصب شده بر روی ترانس قدرت می باشد و در صورت عملکرد باعث قطع کامل ترانس می گرد. از آنجایی که این رله بسیار دقیق می باشد و عملکرد آن نشانه وجود خطا در محدوده حفاظتی می باشد لذا درصورت عملکرد رله به هیچ عنوان نبایستی اقدام به وصل ترانس نمود مگراینکه گروه تعمیرات آزمایشات لازم را انجام داده و مجوزلازم جهت وصل ترانس داده شود.

نمای ظاهری یک رله دیفرانسیل

ترکیب رله دیفرانسیل با رله زمانی:

در این طریقه رله دیفرانسیل با یک رله زمانی مجهز می شود و زمان کار رله زمانی قدری بیشتر از زمانی انتخاب می شود که رله دیفرانسیل در اثر موج جریان زیاد عمل می کند.

به این طریق که هسته رله دیفرانسیل در اثر موج جریان ضربه ای جذب شده و سبب بستن مدار رله زمانی می شود. ولی قبل از این که رله زمانی مدار رله قطع کننده ترانس را ببندد،موج جریان ضربه ای مستهلک شده و رله دیفرانسیل مدار رله زمانی را مجدداً قطع می کند. در نتیجه رله زمانی مهلت کافی برای عمل کردن پیدا نکرده و به حالت اولیه خود بر می گردد.

رله زمانی مربوط به رله دیفزانسیل را می توان بین حدود 3،0و2 ثانیه تنظیم کرد. استفاده از چنین رله ای باعث از بین رفتن حفاظت صحیح و قطع سریع ترانس در موقع عیب داخلی می گردد. برای برطرف کردن این عیب از رله زمانی فقط در موقع وصل ترانس استفاده می شود.

تفاوت رله دیفرانسل و REF :

استفاده از رله ی REF در ترانس هایی که نقطه نول آنها به مقاومت زمین شده مناسب تراست رله ی REF بسیار حساس ترازرله دیفرانسیل بوده و پوشش بیشتری به سیم پیچ می دهد. بنابراین بهترین حفاظت برای سیم پیچ بوده و پوشش بیشتری به آن می دهد. بنابراین بهترین حفاظت برای سیم پیچی مثلث ترانس های ستاره به مثلث که توسط ترانس زیگزاگ زمین شده، حفاظت REF خواهد بود. با توجه به این که در تنظیم رلهREF خطای ناشی از تپ چنجر تأثیر ندارد لذا تنظیم رله REF حساس تر می شود. و مقدار بیشتری از سیم پیچ ترانس را حفاظت می کند.

حفاظت های پشتیبان ترانس :

کلیه اشکالاتی که در خارج از ترانس و در شبکه متصل به آن اتفاق می افتد بایستی تشخیص داده شده و قبل از آنکه بتواند آسیبی به ترانس وارد نماید قطع گردد. علاوه بر این اگر به هر دلیلی رله های اصلی ترانس مثل رله دیفرانسیل یا REF خراب بوده و عمل نکنند این وظیفه رله های پشتیبان است که عمل نموده و از بروز خسارت های بیشتر جلوگیری نماید.

رله دیستانس:

این رله، اتصال کوتاه نزدیک به مولد را سریع تر و اتصال کوتاه در فاصله دورتر قطع می کند. زیرا در این رله عامل مؤثر مقاومت محل اتصالی و مولد می باشد.

از آنجا که فاصله ی دو رله ی دیستانس که در یک پست تبدیلگاه نصب شده است نسبت به نیروکاه برابر ویکسان می باشد ، برای این که اتصال کوتاه در سیم رابط بین دو شین را رله مربوط به آن قطع کند و رله بعد از شین ها فرمان قطع راصادر نکند باید از توان اتصال کوتاه نیز کمک گرفته شودو به عبارت دیگرباید رله قادر به تشخیص حهت جریان اتصال کوتاه نیز باشد.به این ترتیب باید آن رله ای فرمان قطع را صادر کند که جهت انرژی اتصال کوتاه در سیم مربوط به آن از شین، به طرف محل اتصال کوتاه در سیم باشد.به این جهت باید رله دیستانس به یک عضو جهت یاب نیز مجهز گردد.

زمان قطع در رله های دیستانس امروزی متناسب با فاصله محل اتصالی از مولد به طور یکنواخت زیاد نمی شود. بلکه این تغییرات جهشی و پله ای شکل انجام می شود و فاصله محل خطا توسط سنجش مقاومت سیم بین محل خطا و محل نصب رله معین می شود. در موقع ای که در یک شبکه طولانی چندین رله دیستانس به کار رفته باشد به محض اینکه اتصالی در شبکه به وجود آمد، رله هایی که در جهت انرژی اتصال کوتاه هستند شروع به کار می کنند و عضو سنجشی آنها مقدار مقاومت بین محل نصب رله و محل اتصالی را می سنجد و چون اولین رله ی دو طرف محل اتصال کوتاه کمترین مقاومت را می سنجد و زمان قطع آن نیز متناسب با مقاومت سنجیده شده از بقیه ی رله ها کمتر است در کوتاه ترین مدت، کلید مربوط را قطع می کند.

بعد از قطع شدن محل اتصالی،بقیه ی رله ها به محل قبلی خود برمی گردندو از کار باز می ایستند.

رله دیستانس دارای این مزیت است که اولاً شبکه اتصالی شده را در کوتاه ترین مدت ممکن به طور سلکتیو مشخص و از شبکه جدا می کند و در ثانی اگر نزدیکترین رله به محض اتصالی عمل نکرد، رله بلافاصله بعد آن عمل می کند و به طور خود کار شبکه دارای یک یا چند رله رزرو نیز می شود بدون اینکه رله رزروی در شبکه نصب شده باشد.

رله دیستانس بهترین رله برای حفاظت شبکه های انتقال انرژی می باشد زیرا فقط به وسیله چنین دستگاهی هر نوع اتصالی در هر کجای شبکه در کمترین مدت قطع می شود و به همین جهتبرای حفاظت شبکه های فشار قوی و فشار متوسط از رله دیستانس استفاده می شود.

این رله براساس سنجش فاصله یا به عبارت بهتر امپدانس فاصله عمل می کند. معمولاً هر رله دیستانس دارای سه محدوده عمل کرد میباشد که با زونهای Z1، Z2وZ3 نشان داده می شوند. در صورتی که رله بتواند ناحیه پشت خود راحفاظت نماید در این صورت رله دارای ZR یا زون برگشتی می باشد. همانطور که مشخص شد، خط دارای سه قسمت می باشد، معمولاً 80% قسمت اول خط بوسیله زون یک حفاظت شده و تمام قسمت اول بعلاوه 20% قسمت دوم بوسیله زون دوم حفاظت شده و تمامی قسمت اول و دوم بعلاوه 20% قسمت سوم خط بوسیله زون سوم حفاظت می شود در صورتیکه زون معکوس برای رله داشته باشیم بنا براین زون سوم ناحیه معکوس یا به عبارت دیگر پشت رله را تا 20% خط می بیند. زمان های اول، دوم و سوم با هم متفاوت بوده،ZR هم زمانش با Z3 یکسان می باشد. یا به عبارتی دررله دیستانس زمان قطع تابع مقاومت طول سیم می باشد. بنابراین هرچه محل اتصالی دورتر ازرله دیستانس باشد مقاومت سیم بیشترمی شود.

عوامل مؤثر در رله دیستانس:

1- مقاومت ظاهری (امپدانس):

2- هدایت ظاهری (ادمیتانس):

3- مقاومت اهمی (رزیستانس): 4 - هدایت اهمی (کندوکتانس):

5- مقاومت غیر اهمی (راکتانس):

6- هدایت غیر اهمی (سوپستانس):

7- امپدانس مخلوط :

از رله دیستانس برای حفاظت ژنراتور، ترانسفورماتورو شبکه استفاده می شود.

در شکل زیر نمونه ای از رله ی دیستانس را مشاهده می کنید:

رله ولتمتری: در شبکه ها و مدارهای الکتریکی اغلب افت ولتاژ و یا ازدیاد ولتاژ پیش می آید که هر دو برای اغلب دستگاه های الکتریکی زیان آور است و باید دستگاه های الکتریکی در مقابل این تغییرات ولتاژ، حفاظت شوند. این دو نوع رله را رله افت ولتاژ و رله ازدیاد ولتاژ می نامیم.

1- رله افت ولتاژ: رله افت ولتاژ شبیه رله جریانی است و اغلب بصورت رله الکترومغناطیسی ساخته می شود. رله الکترومغناطیسی بر اساس نیروی بوبین جریان دار بر روی قطعه آهن متحرک ساخته شده است. در رله افت ولتاژ، هسته آهن ربا تا موقعی که ولتاژ از حد مجاز و معینی کمتر نشده باشد به حالت جذب باقی می ماند و به محض افت ولتاژ، رها و سبب بستن کنتاکت به خصوصی می شود که به مدار فرمان متصل است. رله افت ولتاژ الکتریکی معمولاً به محض رسیدن ولتاژ به 70% ولتاژ نامی شروع به کار می کند. رله افت ولتاژ دارای انواع مختلفی به شرح زیر می باشد:

1-1- رله افت ولتاژ برای جریان دائم: این رله اغلب برای به کار انداختن دستگاه خبر و یا قطع کلید در موقع افت ولتاژ شبکه از مقدار معیین و پیش تنظیم شده ای به کار برده می شود. ضریب جذب این رله زیاد و مورد استفاده آن در کار بدون تأخیر است. به محض رسیدن شدت فشار به حد معین، هسته آهن رله رها و سبب بستن مدار لامپ و زیگنال می شود. رها شدن هسته آن توسط نیروی کشش فنر مکانیکی انجام می گیرد.

برای کوچک کردن ضریب جذب رله که اغلب خیلی ضروری است از یک مقاومت اهمی که در مدار رله ولتمتری قرار می گیرد استفاده می شود. این مقاومت در موقع رها شدن هسته متحرک رله، اتصال کوتاه می شود. برای تأخیر در کار رله و یا تأخیر در قطع مدار جریان دائم، از یک عضو زمانی استفاده می شود.

2-1- رله افت ولتاژ برای جریان متناوب: در این رله، قطع کننده توسط جریان دائم از یک مدار فرعی نیرو می گیرد. برای موقعی که از رله به عنوان رله تأخیر یا زمانی استفاده شود باید یک عضو زمانی نیز به آن اضافه گردد.

3-1- رله افت تأخیری: این وسیله حفاظتی یک رله ولتمتری است که زمان قطع آن تابع اختلاف سطح الکتریکی می باشد و هر چه افت ولتاژ بیشتر، زمان قطع کوتاهتر می باشد. رله افت ولتاژ تأخیری معمولاً از نوع اندکسیونی است. رله اندکسیونی رله ای است که قسمت گردان آن در اثر نیروی بین بوبین جریان دار ثابت و جریانی که توسط حوزه بوبین ثابت در بوبین، سیم هادی متحرک، القا می شود به گردش در می آید. بطوریکه در موقع افت ولتاژ نیروی نگهدارنده صفحه دوار رله از نیروی الکترومغناطیسی بیشتر می شود و صفحه را بطرف خود می کشد و باعث گرداندن صفحه می گردد. سرعت گردش صفحه بستگی مقدار افت ولتاژ دارد بطوریکه هر چه افت ولتاژ بیشتر باشد، صفحه سریعتر می گردد و در زمان کمتر، رله مدار را قطع می کند. اگر در ضمن حرکت صفحه به علت افت ولتاژ، ولتاژ ثابت بماند، صفحه تا آخر مسیر خود به حرکت ادامه می دهد و سبب وصل کنتاکت فرمان می شود. در صورتی که در ضمن گردش صفحه ولتاژ مجدداً به مقدار نرمال و واقعی خود برگردد صفحه از حرکت باز می ماند و با محل اولیه سکون خود باز می گردد.

4-1- رله افت ولتاژ زمانی: اصول کار رله زمانی شبیه رله افت ولتاژ تأخیری است با این تفاوت که این رله با یک عضو زمانی نیز مجهز می باشد، عضو سنجشی این رله، به محض رسیدن ولتاژ به مقدار قابل تنظیم و پیش تعیین شده ای، عضو زمانی را به کار می اندازد. عضو زمانی پس از گذشت زمان تنظیم شده و کاملاً مشخصی توسط عضو قطع کننده کلید اصلی را قطع می کند، لذا زمان قطع کلید در این نوع رله بستگی به ولتاژ ندارد و از آنجا که عضو زمانی رله درست در موقعی که ولتاژ کم شد باید کار کند، لذا عضو زمانی این دستگاه نمی تواند از جریان سنجش فرمان بگیرد، پس نمی تواند ساعت الکتریکی با موتور سنکرون باشد و به این جهت در رله افت ولتاژ زمانی از عضو زمانی استفاده می شود که بطور مکانیکی کار کند و یا از یک شبکه جریان دائم فرعی نیروی لازم را دریافت نماید. رله افت ولتاژ، بخصوص رله تأخیری برای حفاظت موتورها و مبدل ها به کار برده می شود تا بتوان در موقع کم شدن ولتاژ یا قطع ولتاژ آنها را از مدار خارج کرد. رله افت ولتاژ زمانی یا تأخیری باید موقعی مدار را قطع کند که فشار الکتریکی شبکه چندین ثانیه متوالی قطع شده باشد و یا اصولاً بخصوص برای حفاظت موتورها بسیار لازم و مهم است. رله افت ولتاژی که بلافاصله پس از افت ولتاژ کار می کند و عامل زمان در آن دخالت ندارد، جهت حفاظت موتورها به کار برده نمی شود. برای حفاظت موتورهای آسنکرون با رتور سیم پیچی شده پس از قطع کوتاه مدت برق، باید جاروها دوباره به محل ابتدایی قبل از راه انداختن موتور برگردانده شود و سیم پیچی موتور از حالت اتصال کوتاه خارج گردد تا از سوختن و زیان دیدن سیم پیچی استاتور موتور جلوگیری شود.

2- رله ازدیاد ولتاژ: عضو سنجشی رله ازدیاد ولتاژ دارای بوبینی است که بر روی ولتاژ بسته می شود و به همین علت یک رله ولتمتری است. به علت اینکه رله چرخشی دارای خواص خوب در موقع قطع می باشد از آن به عنوان رله ازدیاد ولتاژ استفاده می شود. رله ازدیاد ولتاژ پریمر تقریباً بدون استفاده می باشد ولی رله زکوندر آن که ولتاژ نامی ترانسفورماتور یعنی V100 است مورد استعمال زیاد دارد. این رله برای ولتاژهای 8/0 تا 2 برابر ولتاژ نامی قابل تنظیم است. رله ازدیاد ولتاژ احتیاج به عضو زمانی ندارد و اگر برای منظور خاصی احتیاج به تأخیر در قطع باشد از یک رله زمانی استفاده می شود. مورد استفاده اصلی رله ازدیاد ولتاژ در حفاظت ژنراتورها و شبکه است.

رله جریان زیاد: فقط در صورتی می توان تنها به کمک سنجش جریان، شبکه ای را بطور موضعی و سلکتور حفاظت کرد که جریان در محل اتصالی و خطا، بزرگتر از بقیه قسمت های شبکه باشد. رله جریان زیاد دارای دو نوع است.

1- رله جریان زیاد تأخیری: در این نوع رله جریان زیاد، زمان قطع با شدت جریان نسبت عکس دارد یعنی هرچه جریان بیشتر شود زمان قطع کمتر می شود و برعکس. رله های جریان زیاد تأخیری دارای این عیب هستند که منحنی مشخصات آنها در جریان های خیلی زیاد تقریباً مماس با هم می شوند و ممکن است منحنی مشخصات دو رله مختلف همدیگر را قطع کنند. در اینصورت این دو رله سبب قطع بی موقع و غلط در جریان های زیاد می شوند. این حالت بیشتر در مواقعی که دو رله جریان زیاد تأخیری ساخت کارخانه های مختلف برای حفاظت شبکه، بطور متوالی استفاده شده باشد، روی می دهد.

2- رله جریان زیاد زمانی: در صنعت حفاظت تأسیسات برقی رله هایی به کار برده می شود که زمان قطع رله تابع شدت جریان نمی باشد بلکه مقداری ثابت و قابل تنظیم است. چنین رله ای را رله جریان زیاد زمانی می نامند. در این نوع رله، زمان کمیت سنجشی است. بنابراین جریان مشخص و معینی که قبلاً تنظیم شده است باعث به کار انداختن یک سیستم زمانی می شود و فرمان قطع پس از سپری شدن زمان معین تنظیم شده توسط سیستم زمانی به قطع کننده کلید اصلی داده می شود. رله جریان زیاد زمانی بیشتر در شبکه های شعاعی کاربرد دارد.

موارد استفاده رله جریان زیاد:

از این رله برای حفاظت ژنراتور، ترانسفورماتور و شبکه استفاده می شود

رله فوق جریانی : Over Current relays

اصول رله های فوق جریانی:

در این رله ها یک دیسک آلومینیومی می تواند در حوزۀ مغناطیسی یک فاصلۀ هوایی که عامل بوجودآورده این حوزه می تواند جریان و یا ولتاژ یا ترکیب دو تا باشد. عامل بوجود آورنده فلو جریانی است که در سیم پیچ A جاری می شود

واحدهای تشخیص دهندۀ یک رلۀ فوق جریانی:

1- واحد آنی : در صورتی که جریان خیلی شدید روی شبکه حادث شود فرمان تریپ بصورت آنی صادر می شود و اساس کار بدین صورت است که وقتی جریان خیلی شدید باشد فلوی بوجود آمده در هسته باعث بوجود آمدن نیروی الکترومغناطیسی شده و در نتیجه سبب جذب اهرمی می گردد و جذب این اهرم باعث بسته شدن کنتاکت ودر نتیجه فرمان قطع صادر می شود این واحد بصورت عنصری از جریان تنظیمی بصورت X In است.

2- واحد جریانی : در صورتی که مقدار جریان ورودی به رله از میزان جریان تنظیمی واحد آنی کمتر ولی از مقدار جریان تنظیمی واحد جریانی بیشتر باشد این واحد پیک آپ کرده و باعث فعال شدن واحد جریانی می گردد.

3- واحد زمانی: پس از اینکه واحد جریانی پیک آپ کرد واحد زمانی فعال می شود و پس از سپری شدن زمان تنظیمی Time Dealy فرمان تریپ صادر می شود آنچه در واحد زمانی تنظیم می شود پارامتری است بنام T.M.S( ضریب تنظیم زمانی) که در رله های الکترومغناطیسی با تغییر فاصلۀ کنتاکتهای ثابت و متحرک و رله های الکترونیکی با تغییر یک المان مثل یک مقاومت صورت می گیرد.

رله جهت یاب:

برای کنترل و سنجش جهت توان و نیرو در شبکه الکتریکی ویا قسمتی از شبکه جریان متناوب از رله جهت یاب استفاده می شود.تعیین جهت نیرو برای حفاظت محلی در اغلب شبکه ها کاملاً ضروری و لازم است. به کمک رله جهت یاب می توان فقط آن قسمت از شبکه که خسارت دیده و معیوب شده است از مدار خارج کرد. حتی می توان از این رله جهت حفاظت ژنراتور و توربین در موقع برگشت وات و نیرو استفاده کرد.

در جریان دائم برای تعیین و مشخص کردن جهت نیرو تنها سنجش جریان کافی است و احتیاجی به سنجش توان ندارد.

در صنعت حفاظت،رله جهت یاببرای تعیین محل اتصال کوتاه و یا محل اتصال زمین در کنار رله ی جریان زیاد نصب می شود.با این که رله حهت یاب در هر دو حالت (اتصال کوتاه و اتصال زمین)جهت توان یا جهت جریان را مشخص می کند، ولی شرایط کار رله برای این دو حالت به کلی با هم متفاوت است. زیرا در محل اتصال کوتاه، ولتاژ صفر و جریان بسیار بزرگ استلذا نزدیک ترین رله به محل اتصال کوتاه دارای ولتاژ کم و جریان زیاد می باشد. در صورتی که بر عکس در موقع اتصال به زمین شدن شبکه،رله دارای ولتاژی بیشتر از ولتاژ نامی شبکه (ولتاژ جابه جا شده)و جریانی معادل مجموع جریان شبکه می باشد . در این صورت نزدیک ترین رله بهمحل اتصال زمین دررای جریان کم و ولتاژ زیاد می باشد.

رله کمکی:

رله ی سنجشی اغلب در موقعی که خطائی در شبکه پیش می آمد عامل بستن کلید یا کنتاکتی است که توسط آن مدار فرمان قطع بسته می شود، زیرا نیروی مکانیکی رله ی سنجشی برای قطع کردن کلید های قدرت با فنر های سنگین و محکم به هیچ وجه کافی نمی باشد. از این جهت است که رله سنجشی مستیماً کلید قدرت را قطع نمی کند،بلکه موجب تحریک رله دیگری به اسم رله فرعی یا رله کمکی می شود.

این رله دارای مدار تغذیه ی جداگانه و مستقلی است و به وسیله جریان دائم با فشار 110ولت تغذیه می شود و دارای چنان نیرویی است که می تواند کلید های فشار قوی با قدرت زیاد را قطع و وصل کند در ضمن می توان از رله کمکی برای نشان دادن نوع خطا نیز استفاده کرد.

یک رله حفاظتی اغلب برای این که بتواند وظیفه محافظت خود را بنحو کامل انجام دهد، باید از تعداد زیادی رله سنجشی و رله کمکی و ترانس جریان و ولتاژ ومقاومت سری و یکسو کننده تشکیل شده باشد. این رله های مختلف اعضای یک رله کامل را تشکیل می دهد. این اعضا بر حسب عملی که انجام می دهند به نام های مختلف از قبیل عضو تحریک کننده، عضو جهت دعنده،عضو خبردهنده و غیره مشخص می شوند