** آثار وقوع خطا **
آثار وقوع خطا به سه دسته تقسيم مي نمايند:
* بر اثر بروز خطا ممكن است واحدهاي ژنراتور موجود در يك نيروگاه از حالت سنكرون خارج شده و باعث خروج آن از شبكۀ قدرت شود كه اين خود ممكن است باعث ناپايداري شبكه گردد.
* خسارات شديد به تجهيزاتي كه در آنها فالت ايجاد شده است بخصوص اتصال كوتاه كه اثرات حرارتي و مكانيكي شديدي دارد.
*خسارت و آسيبي كه ممكن است به تجهيزات سالم در نزديك محل بروز خطا وارد شود.
**هدف از طراحي يك سيستم حفاظتي:
* تامين شرايط مناسب جهت تداوم كار بدون وقفه سيستم قدرت كه اين مهم با تشخيص فالتهاي سيستم در حداقل زمان ممكن و جدا كردن كمترين عنصر از سيستم قدرت بطوري كه فالت بوجود آورده برطرف يا محدود گردد. تحقق خواهد يافت.
* رله گذاري حفاظتي بايد اطلاعات مناسبي از نوع و محل وقوع فالت را ارائه دهد تا ضمن تسريع در كار تعميرات لازم , بتوان با استفاده از اين اطلاعات قابليتهاي سيستم حفاظتي را بهبود بخشيد.
Fault : وقوع حالتهاي غير عادي در سيستمهاي قدرت فالت ناميده مي شود.
**آناليز فالتهاي سيستم قدرت:
انواع فالت Fault
11- * اتصال كوتاه
7- * افزايش و كاهش ولتاژ از حد مجاز
* تغيير فركانس
* بازگشت توان
* عدم تعادل بار
* كاهش امپدانس
* اضافه جريان
*فالت هاي غير الكتريكي
*ديفرنسيل( اختلاف)
از بين فالتهاي فوق الذكر اتصال كوتاه از همه مهمتر است و اتصال كوتاه عبارت است از فالتي كه موجب انحراف الكتريكي از مسير اصلي آن شود كه انواع اتصال كوتاه عبارتند از:
1- اتصال كوتاه سه فاز به هم Three Phase Clear Of Earth
2- اتصال كوتاه سه فاز و اتصال به زمين Three Phase to Earth
3- اتصال كوتاه دو فاز به يكديگر Phase To Phase
4- اتصال كوتاه يك فاز با زمين Single Phase To earth
5- اتصال كوتاه دو فاز با يكديگر و با زمين phase to phase to earth
6- اتصال كوتاه دو فاز با هم و فاز ديگر با زمين Phase to Phase Pluse
Single Phase to earth
*علت وقوع فالت:
مهمترين دلايل وقوع فالت عبارتند از :
ضعف مقاومت عايقي, افزايش درجه حرارت بيش از حد مجاز, افزايش سطح ولتاژ و يا بطور كلي شرايط الكتريكي و يا مكانيكي كه سيستم براي تحمل آن طرح شده است.
نحوۀ كنترل فالتهاي سيستم قدرت:
جلوگيري از بروز فالت بوسيلۀ طراحي صحيح, انتخاب تجهيزات مناسب, تعمير و نگهداري اجزاء و بهره برداري مناسب بطوريكه احتمال وقوع فالت به حداقل مقدار ممكن برسد بديهي است كه ملاحظات اقتصادي عامل محدود كننده اي در اين روش مي باشد.
* كاهش اثر فالت بوسيلۀ تجهيزات سيستم حفاظتي :
با توجه به اينكه جلوگيري از بروز فالت بطور قطعي غير ممكن است لزوم طرح سيستم حفاظتي كه بتواند در صورت بروز فالت, آن را محدود و برطرف نموده و اثرات سوء آن را كاهش دهد لازم است.
*پارامترهاي تشخيص فالت:
****1- جريان, يكي از مهمترين پارامترهاي تشخيص فالت است كه بطرق زير مي تواند مورد استفاده قرار بگيرد:
* بر اثر بروز فالت مقدار دامنۀ جريان سيستم از مقدار نرمال بيشتر شده كه اين افزايش مي تواند نشان دهندۀ وقوع فالت باشد. مثل فول شدن يك خط يا يك ترانس.
* در موقع بروز فالت( برخي فالتهاي) تعادل بين جريانهاي ورودي و خروجي دستگاه تحت حفاظت از حالت عادي خارج مي شود لذا با مقايسۀ دائمي جريانهاي ورودي و خروجي ميتوان حالت عدم تعادل را بعنوان نشانه اي از فالت تلقي كرد. مثل حفاظت ديفرانسيل در ترانس, ژنراتور وباسبار.
* به هنگام بروز دستۀ ديگري از فالتها جريان از مسير اصلي خود منحرف شده و اين انحراف جريان از مسير اصلي مي تواند مشخصۀ خوبي براي تشخيص فالت باشد. مثل اتصال كوتاه كه يك خط انتقال و يا يك شينه.
Ir+Is+It=0 در حالت عادي
كه نشانه اي از بروز فالت است ( غيراز صفر = Ir+Is+It) در حالت غير عادي
2- ولتاژ: با اندازه گيري دائم دامنه ولتاژ ميتواند كاهش ولتاژ در لحظۀ بروز فالت و يا افزايش غير مجاز آن را تشخيص داد.
Vr+Vs+Vt=0 در شرايط عادي
( غير صفرVr+Vs+Vt=) در شرايط غير عادي
3- امپدانس:
مقدار امپدانس ديده شده شبكه از يك نقطه مثلا پست در حالت كار عادي داراي مقدار معيني است كه از رابطۀ z= v/i قابل محاسبه است در هنگام بروز فالت و اتصال كوتاه با كاهش ولتاژ و افزايش جريان امپدانس بشدت كاهش مي يابد و در نتيجه مي توان با مقايسۀ دائمي امپدانس فعلي با امپدانس رفرنس به وقوع فالت پي برد.
4- فركانس: تغيير ناگهاني بار موجب تغيير فركانس شده و هر تغيير فركانس در شبكه نشان دهندۀ وقوع فالت است.
5- جهت توان:
در حالت كار عادي شبكه توان اكتيو در جهت معيني از طرف مولد به طرف مصرف كننده جاري است ولي در زمان بروز فالت بخصوص در شبكه هاي رينگ كه تغذيه از دو سو مي باشد جهت توان بطرف محل اتصالي تغيير مي يابد يا در هنگام كار دو ژنراتور موازي در شرايط غير عادي يكي از ژنراتورها بصورت موتور عمل كرده و باري براي ژنراتور ديگر محسوب مي گردد كه در اين گونه موارد تغيير جهت نشانۀ بروز فالت است.
6- پارامترهاي غير الكتريكي:
در يك سيستم تحت حفاظت بروز فالت موجب تغيير پارامترهايي نظير دما, فشار, حجم گاز, سطح روغن, تجزيۀ روغن, تصاعد گاز وغيره مي گردد كه با كنترل هر يك از اين پارامترها مي توان به وقوع فالت پي برد.
*عناصر يك سيستم حفاظتي عملكرد آنها:
1- ترانسديوسرها يا مبدلها ) (C.T- P.T- C.V.T
2- سنسورها( رله ها)
3- مدار شكن( بريكرها)
در اين سيستم ترانسديوسرها وضعيت سيستم را حس كرده و آن را به كميتي قابل استفاده و تشخيص براي سنسورها تبديل مي نمايد و سنسورها نيز با دريافت پارامترهاي سيستم از ترانديوسرها شرايط عادي را از غير عادي تميز مي دهند. در شرايط عادي سيستم كنترل فعال است و در شرايط غير عادي سيستم حفاظت فعال داشته و در اين شرايط فرامين حفاظتي بر دستورات كنترل اولويت داشته و با صدور فرمان جهت بريكرها شرايط رفع عيب را فراهم مي آورد و قسمتهاي معيوب را از قسمتهاي سالم جدا مي كند. علاوه بر عناصر ذكر شده اجزاي ديگري مانند فيوزها, مدارات ارتباطي بين و انتهاي سيستم حفاظتي, مدارات تريپ سيستم DC در يك سيستم حفاظتي نقش دارند.
*مشخصات و خصوصيات سيستم حفاظت:
1- قابليت اطمينان: Reliability
اعتماد و اطميناني كه به سيستم حفاظتي مي توان داشت و بصورت زير بيان مي گردد: دفعاتي كه سيستم عمل مي كند
( ------------------------ = قابليت اطمينان)
دفعاتي كه سيستم بايد عمل كند
**مهمترين عوامل افزايش و كاهش Reliability يك سيستم حفاظت عبارتند از:
* طراحي
* استفاده از تجهيزات مناسب و كافي
* نصب
* بهره برداري
2- قابليت انتخاب: Selectivity
خاصيتي از سيستم حفاظت كه به موجب آن در موقع بروز فالت تنها قسمتهاي معيوب از سيستم جدا شده و قسمتهاي سالم به حالت عادي باقي بمانند. كه خود بر دو نوع مي باشد:
الف- سلكتيو مطلق: در صورتي كه سيستم حفاظتي تنها نسبت به فالتهاي زون خود حساس باشد آن را سلكتيو مطلق گويند.( مثل رلۀ ديفرنسيل, R.E.F )
ب- سلكتيو نسبي: در صورتي كه سيستم حفاظتي علاوه بر زون خود نسبت به فالتهاي زونهاي ديگر نيز حساس باشد آن را سلكتيو نسبي گويند.( O/C و ديستانس)
3- تمايز- فرق گذاري Discrimination
يك سيستم حفاظتي مناسب بايد بتواند شرايط عادي سيستم را از وضعيت غير عادي آن بخوبي تشخيص دهد يا بعبارت ديگر بتواند حالتهاي بروز فالت را از حداكثر تغييرات مجاز تشخيص دهد مثل جريان هجومي ترانسها قدرت, يا جريان راه اندازي موتورهاي آسنكرون, نوسانات سيستم قدرت كه در تمام حالات فوق سيستم حفاظت نبايد فعال گردد.
4- پايداري ( Stability): سيستم با تريپهاي غير ضروري مواجه شده و اصطلاحا داراي پايداري باشد.
5- حساسيت: Sensitivity
حساسيت يك سيستم حفاظت مربوط به مقادير لازم براي عملكرد آن است مثلا هر چه مقدار مينيمم جريان لازم براي عملكرد رله اي كمتر باشد آن رله اي حساس تر است.
6- سرعت: Speed
سرعت يكي از خصوصيات حفاظتي مناسب است و بايد فالت حادث شده را در حداقل زمان ممكن بر طرف يا محدود سازد.
زمان عملكرد بريكر + زمان عملكرد رله = زمان حذف فالت
7- مناسب و كافي بودن: Adequateness
بايد با توجه به پارامترهاي زير حفاظت كافي و مناسب را براي هر قيمت در نظر گرفت و نبايد مسائل اقتصادي باعث حفاظت ناقص گردد:
* قدرت تجهيزات تحت حفاظت
* محل تجهيزات تحت حفاظت
* قيمت و اهميت تجهيزات تحت حفاظت
مثلا حفاظت ترانسهاي نيروگاه و ايستگاههاي برق خيلي مهمتر و كاملتر از يك ترانس توزيع است.
ناحيۀ حفاظتي( زون حفاظتي): Zone of protection
شبكۀ قدرت را به بخش هايي تقسيم كرده و براي هر يك از آنها طرحهاي حفاظتي با توجه به خطايي كه براي آن پيش مي آيد در نظر گرفته مي شود كه به هر يك از اين بخش ها زونهاي حفاظتي گفته مي شود كه اين نواحي حفاظتي بايد همپوشاني( Over Lap ) داشته باشند وهيچ نقطه اي از شبكه نبايد بدون حفاظت باقي بماند.C.T ها طوري قرار مي گيرند كه بريكرها در محل تداخل دو منطقه قرار گيرند.
**رلۀ حفاظتي:
به دستگاهي گفته مي شود كه كميت هاي الكتريكي مانند ولتاژ و جريان و يا غير الكتريكي مانند درجه حرارت, سطح روغن و غيره را بعنوان ورودي دريافت داشته و در صورتي كه اين كميات از محدودۀ عادي خود خارج شوند رله فعال شده و عملكرد مناسبي را انجام مي دهد.
**حفاظت اوليه:
حفاظتي است كه با وقوعFault در ناحيۀ حفاظتي مربوط در كوتاهترين زمان معين خطا را بر طرف نمايد. كه در صورتي كه حفاظت اوليه دچار مشكل شود آنگاه حفاظت ثانويه Back Up با تاخير زمان مشخصي وارد شده و خطا را بر طرف مي نمايد. معمولا سرعت عملكرد حفاظت اوليه بيشتر از حفاظت Back UP است.
**دلايل پيش بيني حفاظت Back UP :
* ممكن است بروز اشكال و يا نقصي در هر يك از عناصر سيستم حفاظت اصلي مانع عملكرد آن گردد.
*در زمانهاي تست و يا تعميرات كه حفاظت اصلي از مدار خارج مي شود سيستم بدون حفاظت نباشد.
** عواملي كه باعث عمل نكردن سيستم حفاظت اصلي مي شوند:
* نرسيدن ولتاژ يا جريان صحيح به رله ها
* عمل نكردن رله ها
* بروز اشكال در مدارات تريپ از رله تا بريكر
* مدار قطع كننده يا مكانيزم كليد كار نكند
حفاظت هاي پشتيبان به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- حفاظت پشتيبان محلي( موضعي) : local
2- حفاظت پشتيبان از راه دور : Remote
3- حفاظت پشتيبان مدار شكن( حفاظت نقص بريكر): Breaker Failure Protection (B.F.P)
-حفاظت محلي, مثل حفاظت يك خط با رلۀ ديستانس بعنوان حفاظت اصلي و حفاظت O/C يا E/F بعنوان Back UP و حفاظت از راه دور مثل رله هاي ديستانس بين دو ايستگاه برق.
B.F.P** :
اين حفاظت در صورت عدم عملكرد مدار شكن( در حاليكه رله هاي حفاظتي مربوط فرمان قطع را صادر كرده اند) اين مورد را تشخيص داده و پس از تاخير زماني مناسب فرمان قطع را به كليۀ مدار شكن هايي كه مي توانندمدار شكن معيوب را تغذيۀ نمايد ارسال مي دارد.
**حفاظت واحد( محدود) :
* مرز تشخيص وجود دارد و محدودۀ عملكرد آن معلوم است.
* با تغييرات در شبكۀ قدرت محدودۀ آن و عملكرد آن تغيير پيدا نمي كند.
* قدرت تشخيص مطلق دارد.
* عموما زمان عملكرد پائيني دارند و نياز به هماهنگي با ساير حفاظت ها را ندارند مثل R.E.Fو ديفرانسيل.
**حفاظت غير واحد:
* مرز تشخيص و محدودۀ عملكرد معيني ندارند.
* با تغيير در شبكۀ قدرت محدودۀ عملكرد آن تغيير پيدا مي نمايد.
* قدرت تشخيص نسبي است.
* نياز به هماهنگي با ساير حفاظت ها را دارد, هم بعنوان حفاظت اصلي و هم Back UP استفاده مي شود, مثل ديستانس و O/C .
***تعاريف مقدماتي در رله هاي حفاظتي:
1- كميت مشخصۀ رله: كميتي است كه مقادير آن مشخص كنندۀ شرايط عملكرد يا عدم عملكرد رله است. مثلا كميت رلۀ جريان زياد شدت جريان است.
2- كميت يا كميتهاي محرك رله: كميتهاي الكتريكي مانند جريان و ولتاژ كه به تنهايي و يا به صورت يك تركيب بايد به رله اعمال شود تا عمليات خود را كه براي آن منظور طراحي شده است انجام شود. مثلا رلۀ جرياني كميت محركۀ آن جريان و رلۀ ديستانس كميت محركۀ آن ولتاژ و جريان است.
3- منحني مشخصۀ رله: منحني كه بر اساس منحني مشخصۀ رله ترسيم مي گردد و مرز بين عملكرد و عدم عملكرد را معلوم مي نمايد.
4- تنظيم رله: آن مقدار از كميت مشخصه كه سبب مي شود رله عمل كند كه عمدتا بصورت ضريب و يا درصدي از كل جريان مي باشد.
5- تحريك رله Pick UP : به تغيير وضعيت رله از حالت سكون به حالت عمل را گويند مثلا اگر رله اي روي Tap =2 تنظيم شده باشد در اينصورت Pick UP= 2.1 خواهد شد.
6- Drop Out = برگشت رله:
به تغيير وضعيت رله از حالت عمل به حالت سكون را گويند مثلا اگر رله اي روي Tap=2 تنظيم شده باشد در اين صورت Drop out =1.85 مي باشد.
7- نشان دهندۀ وضعيت رله: Flag
بواسطۀ آن كه پس از وقوع خطا و رفع آن توسط رله, سيستم به وضعيت قبلي خود بر مي گردد و اين مراحل طي چند ميلي ثانيه صورت مي گردد براي تشخيص اينكه از بين رله هاي موجود كدام يك عملكرد داشته است از نشان دهنده (Flag) استفاده مي شود كه در رله هاي الكترومكانيكي نشان دهنده به صورت يك صفحۀ كوچك قرمز رنگ بوده كه در هنگام عملكرد ظاهر مي شود و در رله هاي ميكروپروسسوري به صورت نشان دهنده هايي LED يا LCD مي باشد.
رله فوق جرياني : Over Current relays
اصول رله هاي فوق جرياني:
در اين رله ها يك ديسك آلومينيومي مي تواند در حوزۀ مغناطيسي يك فاصلۀ هوايي كه عامل بوجودآورده اين حوزه مي تواند جريان و يا ولتاژ يا تركيب دو تا باشد. عامل بوجود آورنده فلو جرياني است كه در سيم پيچ A جاري مي شود
.
**واحدهاي تشخيص دهندۀ يك رلۀ يك رلۀ فوق جرياني:
1- واحد آني : در صورتي كه جريان خيلي شديد روي شبكه حادث شود فرمان تريپ بصورت آني صادر مي شود و اساس كار بدين صورت است كه وقتي جريان خيلي شديد باشد فلوي بوجود آمده در هسته باعث بوجود آمدن نيروي الكترومغناطيسي شده و در نتيجه سبب جذب اهرمي مي گردد و جذب اين اهرم باعث بسته شدن كنتاكت ودر نتيجه فرمان قطع صادر مي شود اين واحد بصورت عنصري از جريان تنظيمي بصورت X In است.
2- واحد جرياني : در صورتي كه مقدار جريان ورودي به رله از ميزان جريان تنظيمي واحد آني كمتر ولي از مقدار جريان تنظيمي واحد جرياني بيشتر باشد اين واحد پيك آپ كرده و باعث فعال شدن واحد جرياني مي گردد.
3- واحد زماني: پس از اينكه واحد جرياني پيك آپ كرد واحد زماني فعال مي شود و پس از سپري شدن زمان تنظيمي Time Dealy فرمان تريپ صادر مي شود آنچه در واحد زماني تنظيم مي شود پارامتري است بنام T.M.S( ضريب تنظيم زماني) كه در رله هاي الكترومغناطيسي با تغيير فاصلۀ كنتاكتهاي ثابت و متحرك و رله هاي الكترونيكي با تغيير يك المان مثل يك مقاومت صورت مي گيرد.
**انواع رله هاي جريان زياد از لحاظ منحني مغناطيسي:
رلۀ اوركارنت با زمان ثابت:
رله هايي هستند كه بر اساس زمان ثابت و معيني تنظيم مي شوند و با تغيير جريان چه مثلا دو آمپر و چه جريان فالت در همان زمان عمل مي نمايند. اگر زمان عملكرد رله ها از مصرف كننده بطرف توليد كننده زياد باشد مثلا اگر فالتي در نقطۀ نزديك به منبع قدرت مثلا ترانس يا ژنراتور با زمان نسبتا زيادي عمل مي نمايد كه باعث صدمه ديدن منبع قدرت مي گردد.
2- راه هاي زمان معكوس:
زمان عملكرد اين رله ها با جريان عبوري از رله نسبت عكس دارد بعبارت ديگر هر چه جريان خطا بيشتر باشد زمان عملكرد رله كمتر است مثلا اگر اتصال كوتاه در نقطۀ دورتر به ازاي جرياني رخ دهد زمان عملكرد آن زيادي مي باشد. حال اگر محل اتصال به نزديكتر منتقل شود از رلۀ نزديك به محل اتصال جريان زيادي عبور مي كند كه زمان عملكرد آن زمان بسيار كمي است. نتيجه اينكه به ازاي جريانهاي نزديك منبع قدرت عملكرد رله بهتر و سريعتر است.
* انواع رله هاي فوق جرياني از لحاظ منحني مشخصۀ معكوس:
1- معكوس
2- خيلي معكوس
3- فوق العاده معكوس
* روشهاي حفاظتي جريان زياد:
1- سه فاز: 3Phase
2- سه فاز + ارت فالت: 3Phase + Earth fault
3- دو فاز + ارت فالت: 2Phase + Earth fault
http://www.daneshju.ir/forum/f408/t14961.html