توضیح :
فهرست مطالب
شبكه قدرت از توليد تا مصرف 1
محدوديت توليد 1
انتقال قدرت 1
توزيع و مصرف قدرت 1
آرايش ترانسفورماتورهاي قدرت 2
اجزاء يك پست انتقال يا فوق توزيع 2
ضرورت اتصال به زمين – ترانس نوتر 2
تانك رزيستانس 3
ضرورت برقراري حفاظت 3
انواع سيستمهاي اوركارنتي 4
سيستم حفاظت اوركارنتي فاز به زمين 4
حفاظت باقيمانده يا رزيجوآل 5
هماهنگ كردن رله هاي جرياني زمان ثابت 5
اشكال رله هاي با زمان ثابت 5
رله هاي اوركانت زمان معكوس 6
انواع رله هاي جرياني با زمان معكوس و موارد استفاده هر يك 6
كاربرد رله هاي جرياني 7
رله هاي ولتاژي 7
حفاظت فيدر خازن 7
رله اتومات براي قطع و وصل بنكهاي خازني 8
حفاظت فيدر كوپلاژ 20 كيلوولت 9
حفاظت فيدر ترانس 20 كيلوولت 9
حفاظت جهتي جريان 9
حفاظت R.E.F 10
رله هاي نوترال 10
حفاظت ترانسفورماتور قدرت 10
رله بوخهلتس 11
رله هاي ترميك يا كنترل كننده درجه حرارت ترانس 12
رله ديفرنسيال 13
چند نكته در رابطه با رله ديفرنسيال 16
رله ديفرنسيل با بالانس ولتاژي 17
رله بدنه ترانس 17
حفاظت جرياني براي ترانسفورماتور 18
رله هاي رگولاتور ولتاژ 18
رله اضافه شار 20
حفاظت باسبار 21
نوع اتصالي هاي باسبار 22
خصوصيات حفاظت باسبار 22
انواع حفاظت باسبار 22
حفاظت خط 23
نكاتي در خصوص رله هاي ديستانس 25
نوسان قدرت و حفاظت رله ديستانس در مقابل آن 27
رله دوباره وصل كن 29
كاربرد رله دوباره وصل كن 31
ضد تكرار 32
رله واتمتريك 33
رله مؤلفه منفي 36
سنكرون كردن 39
رله سنكرون چك 41
رله سنكرونايزينگ ( سنكرون كننده ژنراتورها ) 43
رله فركانسي – رله حذف بار 44
سيستم اينتريپ و اينترلاك 46
شبكه قدرت از توليد تا مصرف
يك شبكه قدرت از نقطه توليد تا مصرف،شامل اجزاء و مراتبي است كه ژنراتور را بعنوان مولد و ترانسهاو خطوط انتقال را بعنوان مبدل و واسطه در بر ميگيرد .
محدوديت توليد :
ژنراتورها معمولاً” جريانهاي بزرگ را توليد ميكنند اما به لحاظ ولتاژ محدوديت دارند،زيرا عايق بندي شينه ها حجم و وزن زيادي ايجاد ميكند و به همين لحاظ ژنراتورها در نورم هاي ولتاژي 6،11،21 و حداكثر 33 كيلو ولت ساخته ميشوند .
انتقال قدرت :
بر عكس توليد كه به لحاظ ولتاژ محدوديت دارد، در انتقال قدرت،مشكل جريان مطرح است زيرا هر چه جريان بيشتر شود،مقطع سيمها بيشتر و در نتيجه ساختمان دكل ها بزرگتر و تلفات انتقال نيز فزوني ميگيرد . به همين لحاظ سعي ميشود كه پس از توليد جريان،با استفاده از ترانسفورماتورهاي افزاينده،سطح ولتاژ افزايش و ميزان جريان كاهش داده شود . ضمنا” عمل انتقال سه فاز،توسط سه سيم صورت ميگيرد ( به سيم چهارم نيازي نيست ) و براي تشخيص اتصال كوتاههاي احتمالي فاز به زمين،از شبكه زمين و نوترالي كه در پست مبدا ايجاد ميكنند،سود ميجويند .
توزيع و مصرف قدرت :
پس از انتقال قدرت تا نزديكي هاي منطقه مصرف،سطح ولتاژ در چند مرحله پايين ميآيد تا قابل مصرف شود. در ايران درحال حاضر براي انتفال قدرت ازولتاژهاي 400 و 230 كيلو ولت (فاز- فاز) استفاده ميشود و در مناطق شهري نيز اين ولتاژها به سطح 63 كيلو ولت ( شبكه فوق توزيع )كاهش پيدا ميكند و با تبديل 63 به 20 كيلو ولت،ولتاژ اوليه براي ترانسفورماتورهاي توزيع محلي مهيا ميگردد تا با ولتاژ 400 ولت ( فاز- فاز )،برق مورد نياز مصرف كننده هاي عادي فراهم آيد .
آرايش ترانسفورماتورهاي قدرت :
ترانسفورماتورهاي انتقال،از آرايش ستاره / مثلث برخوردارند . طرف ستاره به ولتاژ بالاتر و طرف مثلث به ولتاژ پايين تر متصل ميشود تا در عايق بندي و حجم سيم پيچ ها صرفه جوئي شود . تپ چنجر نيز كه بعنوان تنظيم كننده ولتاژ بكار گرفته ميشود معمولاً در طرف فشار قوي تعبيه ميگردد تا عمل تغيير تپ (Tap) را در جريانهاي كمتري انجام دهد و جرقه كنتاكتها به حداقل رسد .
اجزاء يك پست انتقال يا فوق توزيع :
يك پست انتقال يا فوق توزيع، معمولاً شامل خط يا خطوط ورودي،بريكرها،سكسيونر ها، باسبار طرف فشار قوي،ترانس قدرت، ترانس نوتر،ترانس مصرف داخلي،باسبار فشار متوسط،فيدر هاي خروجي،فيدرهاي خازن و غيرو ميشود و در هر پست پانلهاي رله اي و متيرينگ،عمل حفاظت و اندازه گيري را بعهده دارند . باطريخانه و شارژرها نيز وظيفه توليد سيستم D.C. را كه لازمه غالب رله ها ميباشد انجام ميدهند .
رله اتومات براي قطع و وصل بنكهاي خازني :
اين وسيله معمولاً به قدرت راكتيو حساس است و ميتواند در محدوده تنظيميخود ،بنكهاي خازني را يكي پس از ديگري و به ضرورت در مدار آورده يا از مدار خارج سازد .
در بعضي موارد ،امكان ديگري نيز در اين رله ها تعبيه ميشود تا متناسب با كاهش ولتاژ شبكه ،خازنها را وارد مدار نمايد و اين ارتباط از آن جهت است كه ولتاژ شبكه بستگي به ميزان بار و همينطور Cos شبكه دارد و با كم شدن Cos،شدت جريان افزايش يافته ،افت بيشتر ولتاژ مدار را باعث ميشود و به اين ترتيب، ميتوانيم رله را طوري تنظيم كنيم كه ولتاژ شبكه از حد محاسبه شده پايين تر آيد ،فرمان وصل به فيدر خازن و در حالت عكس آن فرمان قطع صادر كند .
براي آنكه اين رله بدرستي و دقت عمل نمايد ،داشتن منحني بار مصرفي يك شبانه روز شبكه ضروري خواهد بود . نقاطي كه خازنها بايد وارد مدار ويا از آن خارج شوند ،بر مبناي همين منحني تعيين و به صورت تنطيم روي رله قرار ميگيرد .دراين صورت ميتوان Cosمدار را در طول شبانه روز به طور خودكار و در حد دلخواهي حفظ نمود .در ضمن ،زمان تأخيري لازم براي در مدار در آوردن خازنها روي همين رله تنظيم ميشود.
حفاظت فيدر كوپلاژ 20كيلو ولت:
اين حفاظت معمولاً سه رله جرياني را شامل ميشود تنظيم آن به خاطر هماهنگي تا رله هاي فيدرهاي خروجي و فيدر ترانس ،حد وسط اين دو قرار ميگيرد.بنابراين در مواقع بروز اتصالي در يك فيدر و در صورت عدم عملكرد آن فيدر ،اين فيدر قطع ميشود تا فيدر ترانس مربوطه دچار قطع بي مورد نگردد.
رله هاي نوترال:
جريان هاي اتصال كوتاه با زمين و هرگونه جريان نشتي شبكه20كيلو ولت،ازطريق نوترال به شبكه باز ميگردد . اتصال با زمين در هر يك از خروجي ها،رله اي زمين مربوطه و همچنين رله هاي نوترال را تحت تاثير قرار ميدهد و در صورت گذر از حد تنظيميرله ها باعث تحريك آنها ميشود،بنابراين لازم است كه به لحاظ زماني نوعي هماهنگي بين رله هاي زمين خروجي ها و رله هاي نوترال وجود داشته باشد و بيش از عمل رله نوترال ،رله زمين فيدر حروجي مربوطه فرمان قطع صادر ميكند . غالباً يكي از رله هاي نوترال - معمولاً با تنظيم بالا – داراي چنين هماهنگي با هر يك از خروجي ها است . رله ديگري روي نوترال نصب ميشود كه نصب به جريانهاي بسيار كم نيز حساس است و اصطلاحاً Sensetive Earth) Fault ) گفته ميشود اما داراي زمان تاخير طولاني ( معمولاً يك دقيقه براي آلارم و سه دقيقه براي فرمان قطع ) ميباشد . اين رله،جريانهاي نشتي پابدار يا مقاوم (tand by) را ديده و باعث قطع فيدر ترانس ميشود . چنين رله اي را رله دو مرحله اي مينامند . در مواردي كه از تانك رزيستانس بر سر راه ترانس نوتر استفاده نشده است،وجود چنين سيستميضروري مينمايد .
حفاظت ترانسفورماتور قدرت :
ترانسفورماتور قدرت به دليل ارزش اقتصادي آن،با مجموعه از رله هاي مختلف حفاظت ميشود .از جمله رله هاي اصلي حفاظت كننده آن،رله بوخهلتس و رله ديفرانسيل هستند، رلههاي ترميك نيز ترانسفورماتور را به لحاظ حرارتي كنترل ميكنند و بسته به درجات تنظيميآنها،سيستم هاي خنك كنندگي ( همانند فن ها و پمپ روعن ) را بكار مياندازد و يا در صورت افزايش بيش از حد حرارت،آلارم و يا فرمان قطع صادر ميكند .
رله بوخهلتس :
از اين رله مكانيكي جهت حفاظت ترانسفورماتورهاي روغني استفاده ميشوند . اين رله بر سر راه مخزن ذخيره روغن و تانك اصلي ( و يا تانك رگولاتور ) ترانس نصب ميشود و در محفظه پر از روغن خود داراي دو شناور ميباشد . به هنگام ايجاد جرقه در داخل روغن ترانس ( به دلايل مختلفي از جمله بروز اتصال حلقه در سيم پيچها،اتصال بدنه و … ) و رانش روغن در اين وسيله به دليل هجوم گازها به داخل رله،به عمل در ميآيد و با اتصال كنتاكتهاي آن توسط گويهاي شناور،فرمان آلارم يا قطع صادر ميكند و در اين صورت بريكر هاي طرفين ترانس قطع و ترانس از مدار ايزوله ميشود . قابل توجه آنكه علي رغم هيئت مكانيكي،اين وسيله سرعت عمل بالايي دارد ( حدود 35 ميلي ثانيه ) و از اين نظر،با رله ديفرانسيال رقابت ميكند در كشوري مثل آلمان اين رله،حفاظت اصلي ترانس به حساب ميآيد . از اين رله در حفاظت تانك ترانس نوتر و ترانس داخلي نيز استفاده ميشود
نوع اتصالي هاي باسبار:
زبان آمار ميگويد كه غالباً اتصالي هاي حادث در باسبارها، از نوع فاز به زمين اند .البته اتصال فاز به فاز هم با درصد كميبوجود ميآيد.ضمناً همين آمارها حاكي از آنند كه غالب اتصاليهاي باسبار ها از خاهاي انساني ناشي ميشود و نه از خرابي تجهيزات؛ مثلاً باز كردن سكسيونر زير بار و يا بستن به خطاي سكسيونر زمين،فراموش كردن برداشتن سيم هاي ارتينگ و تماس هاي اتفاقي با باسبار (بهنگام عبور دادن وسايل از زير آنها)، درصد بالايي از حوادث روي باسبار ها را شامل ميشود . البته پيدايش جرقه،شكستن ايزو لاتورهاي نگهدارنده،تركيدن ترانسهاي جريان و بروز نقص در بريكرها و گاهاً پيدايش فروزونانس هم موجب بروز آرك و اتصالي روي باسبارها ميگردند .
رله فركانسي – رله حذف بار ( load – Shedding ) :
فركانس شبكه متناسب با دور ژنراتور و معكوساً متناسب با باري است كه از آن اخذ ميشود . در صورت افزايش بار،دور ژنراتور . در نتيجه فركانس خروجي ان كم ميشود . و از اين رو،براي ثابت نگاهداشتن فركانس سنج بسيار دقيق استفاده شود تا متناسب با بار،دور ژنراتور تغيير كند .
ساختمان يك رله فركانسي بسيار ساده و منبع تغذيه آن نيز ولتاژ يك فاز ميباشد . در نوع ديجيتالي آن، فر كانس تا هزارم هرتز نير سنجيده ميشود و از اين رو ميتوان صدور فرمان هاي دقيق را از آن انتظار داشت و تعداد زيادي از رله هاي فركانسي را با هم هماهنگ نمود .
همان طور كه گفته شد،وقتي بار شبكه سنگين ميشود فركانس ژنراتور افت ميكند و براي جبران آن لازم است رله فركانسي منصوب روي ژنراتور با فرمان به گاورنر و به كارگيري سوخت زيادتر،دور و در نتيجه فركانس خروجي را تقويت و بار شبكه را تامين كند . ولي گاهي كه توليد محدود است ناچار به كم كردن بار شبكه بوده و به عبارتي نياز به حذف بار خواهيم داشت . اين حذف بار را ميتوان در سطوح ولتاژي مختلف انجام داد ؛ از جمله خروجي هاي KV230، ويا خروجيهاي KV63. اين انتخاب، به چگونگي مشخصه پايداري سيستم برميگردد. بهيمن لحاظ درغالب پستها، هرقسمت (section) از باسبارهاي KV230 مجهز به يك رله فركانسي با تنظيم خاص خود است و مجموعه اين تنظيمات بستگي به اهميت و برنامه زمان بندي اعمال خاموشي ها دارد و چنانچه فركانس از ميزان تنظيميهر رله كمتر شود،فرمان آن قسمت مربوطه را از مدار خارج خواهد كرد . در پست هاي داراي خروجي هاي KV 63 گاهاً يك گروه فيدر KV 63 مشمول فرمان يك رله فركانسي ميشود براي مثال در يك پست مادر با 16 فيدرKV 63 يك رله حذف بار چهار واحدي ( شامل چهار رله فركانسي با 4 تنظيم متوالي ) تمامي16 فيدر را كنترل خواهد كرد و. به اين ترتيب ميتوان فيدرهاي با اولويت كمتر رادر فركانس بالاتر و بالعكس از مدار خارج ساخت .
به طور كلي رله هاي فركانسي حفظ بار را ميتوان در موارد زير به كار برد ؛
1- براي حذف اتوماتيك ( در مواقع كمبود توليد ) به صورت دسته بندي شده و با توجه به درجه اهميت هردسته از نقطه نظر اعمال خاموشي .
2- براي جدا كردن خطوط منشعب از يك گره ( tie ) به منظور آن كه از خاموشي كل سيستم جلوگيري شود .
3- براي ايزوله كردن سيستم هاي كوچك داراي توليد خودي از شبكه اصلي در مواقع بروز يك خطا (fault) در شبكه اصلي به منظور ممانعت از سرايت خاموشي به سيستم كوچكتر .
4- براي حفاظت از ژنراتورهاي كمكي در جاهايي كه نظارت بر فركانس ميتواند از تحميل خسارت به توربين ها و متعلقات آنها جلوگيري نمايد .
سيستمinterlock , intertrip :
اين سيستم در ارتباط با دو پست مرتبط با هم (پست مادر و پست تغذيه شونده )كه وسيله قطع و وصل آنها فقط يك سري بريكر است (آنهم منصوب در پست مادر )بكار ميرود و منظور از طراحي چنين سيستميصرفه جويي در بريكرهاي طرف پست تغذيه شونده است ولي استفاده از آن در بعضي موارد منجر به بروز خسارات و خطراتي ميشود كه گاهاً پرهيز از آنها اجتناب ناپذير بوده و طرح را مردود مينماياند.
اين طرح به صورتي است كه بي برق نمودن ترانسفورماتورپست تغذيه شونده،فقط با قطع بريكر kv 63 از محل پست مادر امكان پذير است .بنابراين اگر اين بريكر وصل شود (فرمان قطع از طرف پست تغذيه شونده روي آن نباشد)،ترانسفورماتور بدون هيچ مانعي برقدار خواهد شد (موجد خطر براي كسانيكه روي ترانس به كار مشغولند )و در اين زمينه جز پاره اي ابتكارات كاركنان ،هيچگونه روش ايمن كننده اي وجود نخواهد داشت (بويژه در موارديكه كابل پيلوت ارتباطي دو پست قطع ميباشد ).
طرح كلي اين سيستم طوريست كه روابط و وابستگي هاي زير بين بريكر 63هزار {A}-واقع در پست مادر و بريكر طرف 20كيلو ولت ترانس {B }برقرار است :
1- اگر بريكر A قطع شود ،بريكر B نيز قطع ميشود (اينتر تريپ).
2- اگر بريكر B قطع شود ،بريكر A قطع نميشود .
3- تا بريكر A وصل نشود ،بريكر B فرمان وصل نميگيرد (اينتر لاك).
4- اگر بريكر A وصل شود ،بريكر B فقط از محل خود وصل ميشود .
5- وصل بريكر A فقط از محل خود امكانپذير است .
6- قطع بريكر A از محل خود و نيز از طرف پست تغذيه شونده (در صورت بروز اشكال در ترانسفورماتور و عملكرد رله هاي آن و همين طور فرمان از طريق كليد قطع اضطراري واقع در پست تغذيه شونده ) ممكن ميباشد .
در اين سيستم علاوه بر رله هاي فرعي، جمعاً از ده رله اصلي استفاده شده است(4رله در طرف پست مادر و 6رله در طرف پست تغذيه شونده ) و ارتباط اين سيستم رله اي در دو پست ،از طريق يك كابل (كه پيلوت ناميده )انجام ميشود كه شامل 4 رشته است (2رشته براي ارسال و دو رشته براي دريافت فرمان ).
تغذيه اين كابلها در حالت عادي مدار از فشار ضعيف (a.c.)تامين ميشود ولي چنانچه فرماني صادر شود، ضمن برقرار بودن ولتاژa.c. ،ولتاژd.c. فرمان نيز روي ولتاژ a.c. سوار شده و به طرف ديگر ارسال ميشود .
بعضي از وظايف رله هاي اصلي دو طرف را ميتوان به شرح زير خلاصه كرد:
- آشكارسازي قطع ولتاژ d.c. (با قطع شدن ولتاژ d.c.آلارم ميدهد ).
- آشكارسازي قطع ولتاژ a.c. (در صورت فقدان a.c.آلارم ميدهد).
- فرستادن فرمان قطع به طرف ديگر مدار ( send).
- دريافت فرمان قطع از طرف ديگر مدار (recieve ).
- حفاظت كابل پيلوت (در صورت پارگي يا اتصالي كابل پيلوت آلارم ميدهد ).
- نگهداشتن فرمان قطع روي بريكر 20كيلو ولت از طرف بريكر 63 (تا در صورت باز بودن بريكر 63 ،بريكر 20 فرمان وصل نگيرد ).
با تشريح مختصري كه داده شد ،اكنون دو موردي را كه براي ايمن نمودن كاركنان در مواقع كار روي ترانسفورماتور احتراز از وقوع وصل نا خواسته آن ،قابل رعايت است ،ذكر ميكنيم :
1- رله فرستنده فرمان قطع (از طرف تغذيه شوتده به پست مادر )را ميبايد در حالت تحريك قرار داد .
2- سر كابلهاي ورودي ترانس را با سيمهاي نسبتاً ضخيم ،اتصال كوتاه وزمين كرد .
ضمناً در مواقع تست مدارهاي حفاظتي براي جلوگيري از ارسال فرمان قطع به پست مادر، پيش از آغاز به كار عمليات ،ميبايد سر كابل پيلوت را در جعبه ترمينال باز نمود .
لازم به ياد آوري است كه اين گونه سيستمهاي وابسته كه فقط در طرف تغذيه دهنده ،بريكردارند،گاهاً بسيار آسيب پذير ميشوند .برقدار كردن ترانسها و موتورهاي بزرگ از راه دور باعث آرك زدگي و يا انفجار ميگردد .در مورد ترانسهاي 63 كيلو ولت ،انفجار در فيدر طرف 20 كيلو ولت وبه كرات اتفاق افتاده و بررسي ها حاكي از بروز اضافه ولتاژهاي وصل به هنگام كليد زني (switching )بوده است.در نقاط مختلف جهان نيز ،تخريب موتورهاي بزرگ بهنگام برقدار شدن از راه دور به دفعات گزارش شده و يكي از پديده هاي مرتبت بر اينگونه انفجارها،پديده فرو رزونانس عنوان گرديده است . به هر حال برقدار نمودن يك ترانس يا موتور بدون بار از راه دور و يا حتي تحت ولتاژ قرار دادن يك تكه كابل بدون بار،بازتاب هائي از فركانس قدرت و يا هارمونيك ها ايجاد نموده و در پاره اي موارد منجر به پيدايش حوادث ميشود . گفتني است كه در ايجاد فر كانس هاي تشديد يافته،طولاني شدن زمان وصل بريكر مربوطه و يا ناهماهنگي وصل پلهاي آن،بي تاثير نميباشد .
رله هاي ولتاژي :
كاربرد رله هاي ولتاژي محدود است و دو تيپ عمده دارند:
1- رله ولتاژي كه در اثر كاهش ولتاژ به عمل در ميآيد(Under Voltage).
2- رله ولتاژي كه در اثر افزايش ولتاژ تحريك ميشود (Exess Voltage).
از اين رله ها در حفاظت فيدرهاي خازن ،رگولاتور ولتاژ ترانسفورماتور و حفاظت خطوط ورودي به پست استفاده ميشود .
حفاظت فيدر خازن:
در مجموعه حفاظتي فيدر خازن از رله هاي مختلفي استفاده ميشود از آن جمله :
1- رله هاي اوركارنت براي هر فاز
2- رله هاي كاهش و افزايش ولتاژ
3- رله نامتعادلي
در خصوص رله نامتعادلي بايد گفت يك رله ولتمتريك حساس است و دو كار انجام ميدهد ؛
1- با ايجاد نامتعادلي در نوتر خازنها ،آلارم و سپس فرمان قطع صادر ميكند .
2- با بي برق شدن فيدر ترانس مربوطه،فيدر خازن را از مدار خارج ميسازد . معمولاً خازنهاي موازي ( منصوب روي باسبار 20 يا 63 كيلو ولت )،بصورت ستاره دوبل بسته ميشود و بر سر راه ارتباط دو صفر ستاره،از يك ترانس ولتاژ استفاده ميشود تا در صورت بروز اشكال در هر يك از خازنها ،اين ترانس حاوي ولتاژ شده و رله را تحريك نمايد . معمولاً محدوده عملكرد آلارم اين رله،پايين تر از حد نرمال فرمان قطع آنست . بهنگاميكه خازنهاي طرفين از بالانس خارج شود (در اثر طول عمر يا قرار گرفتن بنك هاي خازن در شرايط متفاوت مثلاً آفتاب و سايه )،آلارم خواهيم داشت اما ضعف هر خازن و تغيير ظرفيت نسبتاً شديدتر باعث صدور فرمان قطع خواهد شد . در صورتي كه باسبار ( كه خازنها روي آن نصب هستند ) بي برق شود،اين رله باز هم فرمان قطع خواهد داشت و بنك هاي خازني را از مدار خارج ميسازد تا بهنگام برقدار شدن مجدد باسبار،پديده سوئيچينگ باعث انفجار خازنها نگردد .