X
تبلیغات
رایتل

دانش آموزان ممتاز

لطفا با ارائه سوالات خود ما را در این امر خیر یاری دهید

آشنایی با رله های حفاظتی در سیستم های برقی

یکشنبه 10 اسفند‌ماه سال 1393 08:21 ق.ظ نویسنده: محمد چاپ
مهندس خیبر میرجانی
آشنایی با رله های حفاظتی در سیستم های برقی
اهمیت نصب و در نظر گرفتن سیستم های حفاظتی برا ی کلیه وسایل صنعتی و خانگی بر همگان آشکار است . استفاده از یک عینک ایمنی در هنگام انجام کار مکانیکی چشم اشخاص را در برابر حوادث احتمالی بیمه می کند . یک فیوز مناسب جان انسان را از خطر برق گرفتگی می رهاند .سیستم حفاظتی مناسب ، یک الکتروکمپرسور گران قیمت را از آسیب جدی نگه می دارد . یک سیستم حفاظتی خوب طراحی شده ، شهری را از خاموشی نجات می دهد .و ...
آشنایی با رله های حفاظتی در سیستم های برقی

اهمیت نصب و در نظر گرفتن سیستم های حفاظتی برا ی کلیه وسایل صنعتی و خانگی بر همگان آشکار است . استفاده از یک عینک ایمنی در هنگام انجام کار مکانیکی چشم اشخاص را در برابر حوادث احتمالی بیمه می کند . یک فیوز مناسب جان انسان را از خطر برق گرفتگی می رهاند .سیستم حفاظتی مناسب ، یک الکتروکمپرسور گران قیمت را از آسیب جدی نگه می دارد . یک سیستم حفاظتی خوب طراحی شده ، شهری را از خاموشی نجات می دهد .و ...

اما آنچه که در این مقاله به آن می پردازیم بحثی کوتاه راجع به انواع رله های حفاظتی الکتریکی موجود در صنعت نفت ، شمه ای از محدوده عمل و چگونگی آن ، اهمیت دادن مسئولین ایستگاههای برقی به این وسایل و نحوه برخورد آنان در هنگام عمل کردن سیستم های حفاظتی است .

در هنگام آزمایش رله های حفاظتی و تلاش برای تنظیم و تدقیق وسایل موجود سوالاتی از قبیل :
"چرا این همه دقت ؟ سالهاست این ترانسفورمر کار می کند اتفاقی هم نیفتاده و یکبار هم محافظ الکتریکی آن عمل نکرده است ." مطرح می گردد .

بهترین پاسخ و شاهد به این سوال ها، مورد کپسول های آتش نشانی است .یک کپسول آتش نشانی نصب شده در یک کارگاه یا منزل به علت عدم بروز حادثه ممکن است سالها مورد استفاده قرار نگیرد ولی همین کپسول ظاهرا بلا استفاده، با اطفاء یک آتش سوزی کوچک از یک فاجعه جلوگیری می کند .

امروزه برای برقراری یک جریان بی وقفه انرژی (اعم از نفت ،گاز، برق) نیازمند سیستم های پیشرفته هستیم .

یکی از ابزارهای مهم برای حصول اطمینان در انتقال مداوم انرژی و جلوگیری از خاموشی های طولانی و آسیب های جبران ناپذیر ،سیستم های حفاظتی هستند .

اساسی ترین وظیفه سیستم  حفاظت الکتریکی ،قطع به موقع مدار معیوب جهت جلوگیری از آسیب دیدگی بیشتر وسیله مورد حفاظت و همچنین عدم گسترش محدوده خطا به قسمت های دیگر است . از نظر صنعتی این بسیار مهم است که در موقع بروز خطا بر روی یک وسیله الکتریکی فقط و فقط همان وسیله از مدار خارج شود و دیگر ادوات و ابزارها کماکان به کار خود ادامه دهند .

در یک کارخانه بزرگ که دارای ادوات و تجهیزات برقی متنوعی است، می توان انواع و اقسام محافظ های الکتریکی را مشاهده کرد .

مثلا جهت حفاظت یک موتور 5 کیلوواتی یک رله حرارتی ( OVER LOAD) بسنده می نماید. در صورتیکه برای حفاظت یک موتور 5400 اسب بخار رله هایی از نوع افت ولتاژ، دیفرانسیل، رله حفاظت موتور و غیره بکار می روند .


انواع رله های حفاظتی از نظر ساختمان 

رله و رله گذاری تاریخچه ای دیرینه دارد. نخستین رله ها بر اساس اصول الکترومغناطیس بنا نهاده شده اند که با نوع آرمیچر جذب شونده شروع وبه ساختمان نسبتا پیچیده القایی فنجانی ختم شدند. پس از آن رله های الکترونیکی به بازارعرضه شدند که به دلایلی عمر چندانی نداشتند و هم اکنون انواع رله های مدرن و پیچیده ای بر مبنای ریزپردازنده وجود دارند که به دلیل امکانات و ویژگی های فراوان موجود در آنها ، انقلابی در صنعت رله گذاری محسوب می شود .

1- رله های الکترومکانیکی 
   1-1- رله القایی دیسک دار
   1-2- رله القایی فنجانی

2- رله های حرارتی

3- رله های الکترونیکی

4- رله های مبتنی بر ریزپردازنده

1-    رله های الکترومکانیکی:

اساس کار این رله ها استفاده از نیروی الکترومغناطیسی و تبدیل آن به حرکت مکانیکی است. رله های گوناگونی برای مصارف حفاظتی به بازار عرضه شده و خواهد شد ولی به نظر نگارنده این مقاله ،ساخت رله های الکترومکانیکی با توجه به عناصر مکانیکی مختلف و تجمیع و هماهنگ کردن انها در یک محفظه ،کار استادانه ای به حساب می آید که دیگر نظیر آن دیده نخواهد شد.این رله ها با وجود داشتن عناصر مکانیکی ثابت و متحرک چنانچه خوب نگهداری و سرویس شوند تا سالهای متمادی دقت خود را حفظ خواهند کرد.بخش عمده ای از رله های موجود در صنعت نفت از این نوع می باشند که در زیر به برخی از آنها اشاره می شود.

 

<!--[if !supportLists]-->1-1          <!--[endif]-->رله القایی دیسک دار:

این رله الکترومکانیکی بر اساس اصل بر هم کنش دو میدان مغناطیسی که با هم اختلاف فاز دارند کار می کند.یک  حلقه مسی بنام Shaded Pole که بر روی یکی از بازوهای هسته اصلی پیچیده شده میدان مغناطیسی دوم را ایجاد می کند و سبب به حرکت در آمدن دیسک می شود.دیسک طوری برش خورده که درتمام طول مسیر گردش خود سرعت و گشتاور مورد نیاز را برای عملکرد تاخیری فراهم می نماید.هر چه جریان سیم پیچ اصلی زیادتر باشد،سرعت و عملکرد دیسک سریعتر است،به همین دلیل به این نوع رله،رله معکوس زمانی نیز می گویند: یعنی جریان بیشتر،زمان عملکرد کمتر و معمولاً این نوع رله ها به یک واحد لحظه ای نیز مجهز هستند که از نوع آمیچر جذب شونده بوده و چنانچه جریان ورودی به رله از مقدار تنظیم شده بیشتر باشود این واحد به طور آنی عمل خواهد کرد.

 

<!--[if !supportLists]-->1-2          <!--[endif]-->رله القایی فنجانی :

از انواع رله های دقیق و حساس الکترومکانیکی است که در آن از یک سیلندر سبک فلزی شبیه فنجان به عنوان عنصر متحرک استفاده شده است.این رله شامل دو ورودی است که این دو ورودی معمولاً یکی جریان و دیگری ولتاژ است.

از برهم کنش میدانهای مغناطیسی ناشی از کویل جریان و کویل ولتاژ،فنجان به حرکت درمی آید. این رله دارای ساختمانی نسبتآ پیچیده است و ساختمان آن بسیار هزینه بر است.

2   --       <!--[endif]-->رله های حرارتی :

چنانچه دو فلز غیر همنام در دو انتها به هم وصل شوند و در معرض حرارت قرار گیرند،اختلاف در ضریب انبساط طولی آنها سبب حرکت پیچشی آنها می شود. از این خاصیت در رله های حرارتی معروف به BIMETAL OVER LOAD RELAY استفاده شده است. جریان مدار از هیترهای رله عبور کرده و گرمای حاصله متناسب با این جریان سبب انبساط بی متال می شود. این انبساط تا وصل کنتاک قطع در زمان مشخص و قطع مدار مربوطه ادامه پیدا می کند. نوع دیگری از این رله ها که برای حفاظت از موتورهای مهم به کار می رود،از ساختمان پیچیده تری برخوردار می باشد.

 

<!--[if !supportLists]-->3-    <!--[endif]--> رله های الکترونیکی :

نسل بعد از رله های الکترومکانیکی رله های الکترونیکی بود. این رله ها از مدارات مجتمع الکترونیکی شامل: ترانزیستور-دیود و انواع IC ها سود می بردند.دقت این رله ها کمی بیش از رله های الکترومکانیکی و بار نامی آنها نیز اندکی کمتر بود. عیب اصلی این رله ها استفاده از الکترونیک قدرت و قطعات بسیار زیاد الکترونیکی بود. تجمیع تعداد زیادی قطعات الکترونیکی قدرت در یک محفظه کوچک سبب گرمای زیاد و سوختن قطعات یا عدم پایداری آنها بود. به همین دلیل تولید انبوه این نوع رله ها کمتر از 10 سال ادامه یافت و به سرعت جای خود را به رله های مبتنی بر ریزپردازنده دادند.

- رله های مبتنی بر ریزپردازنده

همانطور که از نامگذاری آنها پیداست، این رله ها با استفاده از ریزپردازنده یا میکروپروسسور و اخیراً میکروکامپیوتر ساخته می شوند. استفاده از ریزپردازنده در ساخت این رله ها باعث  شده که بار نامی آنها از 5ولت آمپر در رله های نوع الکترومکانیکی به حدود 5/0 ولت آمپر و کمترتقلیل یابد.همچنین با کارگذاری حافظه های جانبی در این نوع رله ها امکان دستیابی به اطلاعات مربوط به چگونگی بروز خطاها در سیستم های قدرت برای تجزیه و تحلیل رفتار شبکه در هنگام بروز خطا،فراهم شده است.

این رله ها به یک نمایشگرDISPLAY نیز مجهزند و توسط این نمایشگر می توان کمیتهای الکتریکی سیستم قدرت از قبیل جریان-ولتاژ-فرکانس و امثال آن رامشاهده و قرائت کرد. اکثر این رله ها دارای درگاه یا PORTهایی هستند که با استفاده از نرم افزارهای مخصوص می توان با یک کامپیوتر با آنها ارتباط برقرار کرده و اطلاعات و تنظیمات لازم را به آنها وارد یا از آنها دریافت کرد. همچنین می توان بخش ارتباطی تعداد زیادی از این رله ها را به هم وصل کرد و از طریق یک خط تلفن و مودم امکان ارتباط آنها را با یک مرکز دیسپاچینگ در کیلومترها دورتر برقرار نمود تا از این طریق هر نوع تغییر در نحوه کارکرد آنها از راه بسیار دور قابل کنترل باشد.

یکی دیگر از مزایای این نوع رله ها امکان دستیابی به منحنی های مختلف استاندارد است،تا بدین ترتیب امکان ایجاد هماهنگی و تمایز بین این رله ها و رله های قدیمی دریک ایستگاه برقی فراهم شود.

به هر حال این نوع رله ها تازه پا هستند و گرچه مزایای زیادی دارند و استفاده از آنها روزافزون است ولی برای رفع عیب آنها و تکمیل آنها نیاز به زمان بیشتری است.


انواع رله های حفاظتی از نظر کاربرد

جداول پیوست خلاصه ای از انواع رله های حفاظتی،عملکرد و نحوه برخورد با عملکرد این رله ها را ارائه می نماید. 

 نوع رله
 مورد استفادهخلاصه ای از چگونگی کار رله  نحوه رسیدگی به سیستم در هنگام عملکرد رله
 رله حرارتیOVER LOAD موتورها و بعضاً ترانسفورمر حرارت ناشی از عبور جریان مصرفی مدار باعث انبساط بی متال ها شده و در نتیجه رله عمل کرده و مدار مربوطه را قطع می کند چون در اثر افزایش بار، رله بطور تاخیری عمل می کند ،لذا در صورت عمل نمودن رله پس از بررسی لازم،با برداشتن بار اضافه می توان رله را  RESET کرده و مجدداً مدار مصرف کننده را برقرار نمود.
 رله اتصال زمین با استفاده از   CORE BALANCE C.T موتورها و ژنراتورها معمولاً C.T کور بالانس سه فاز تغذیه کننده مدار را احاطه کرده است و اگر مدار چهار سیمه باشد،سیم نوترال را نیز از درون C.Tها می گذرانند و فقط در موقع اتصال زمین عمل می کند در صورتی که این رله مدار مصرفی را قطع کند قطعاً کابل یا دستگاه الکتریکی مورد حفاظت اتصال زمین شده است و باید تا رفع عیب آنها را از برق دار کردن مجدد سیستم خودداری نمود.
 رله اضافه جریان زمانی و لحظه ای ترانسفورمرها- ژنراتورها و کلیدهای ورودی انواع مختلف نوع القایی دیسک دار و نوع مبتنی بر ریزپردازنده آن در صنعت نفت بکار می رود،این رله دارای دو نوع عملکرد است. عملکرد همراه با تاخیر زمانی و عملکرد لحظه ای این رله در اثر عبور جریان زیاد(معمولاً به دلیل بروز اتصالی) عمل کرده و مدار مورد نظر را قطع می کند. گرچه عملکرد همراه با تاخیر زمانی ممکن است به سبب اضافه بار باشد ولی در هر حال با عملکرد این رله لازم است کلیه تجهیزات مربوط به مدار مورد حفاظت آزمایش عایقی شوند(ابتدا با استفاده از دستگاه MEGGER) آنگاه پس از رفع عیب یا اطمینان از سلامت مدار مجدداً سیستم را برقدار کرد.
 رله اتصال زمین EARTH FAUL ترانسفورمرها- ژنراتورها و کلیدهای ورودی معمولاً از نوع القایی و یا لحظه ای الکترومغناطیسی می باشد. ساختمان داخلی آن شبیه رله های فوق جریان است با این تفاوت که از نظر مقادیر جریان تنظیمات حساس تری دارد. اقسام دیگر رله اتصال زمین از نوع الکترونیکی و میکروپروسسوری نیز در صنعت نفت بکار گرفته می شود. درصورت عمل کردن این رله می بایست از وصل مجدد کلید تا بررسی کامل سیستم خودداری نمود.پس از آزمایش مدار و رفع عیب احتمالی می توان سیستم را مجدداً برقدار نمود.
 رله افت ولتاژ تاخیری UNDER VOLTAGE موتورها 
ژنراتورها
 ساختمان نوع القایی دیسکی رله شبیه رله جریان القایی دیسک دار است با این تفاوت که رله فوق جریان دارای سیم پیچ نازک ولتاژ با دور زیاد است و به محض اینکه سطح ولتاژ شبکه (با توجه به نسبت P.T)از مقدار تنظیم شده این رله با تاخیر زمانی مورد نظر عمل خواهد کرد. این رله معمولاً در مواقعی که وضعیت ولتاژ ثابت نباشد و یا زمانی که ولتاژ شبکه تغذیه کننده مدار از حد تنظیم شده بر روی رله کمتر شود،عمل کرده و مدار را قطع می کند. پس از برگشت ولتاژ به حالت پایدار می توان مدار را مجدداً برقدار کرد.
 رله بوخهلتز ترانسفورمرها این رله دارای دو گوی شناور است. یکی به عنوان اخطار و دیگری به عنوان تریپ عمل می کند. هنگام بروز اتصالی در درون ترانسفورمرها،گازهای ایجاد شده در روغن تانک اصلی به سمت رله بوخهلتز و از آنجا به سمت منبع انبساط حرکت می کنند. اگر اتصال ضعیف باشد،حجم و سرعت این گازها کم بودن و سبب عملکرد گوی اخطار دهنده می شود. در صورت بروز اتصالی شدید، جریان شدید روغن سبب بسته شدن کنتاکت قطع می شود.             همانطوری که گفته شد به وجود آمدن هر گونه اشکال در درون ترانسفورمر،باعث ایجاد حبابهای گاز در روغن ترانسفورمر شده و در نتیجه رله عمل خواهد کرد. اگر مقدار حباب های ایجاد شده باعث عمل کردن قسمت خبر دهنده رله شود ،می بایست به سرعت گازهای حبس شده درون رله بوخهلز را همراه با روغن مربوطه در یک ظرف نمونه گیری برداشت کرده و به آزمایشگاه ارسال نمود. سپس رله را هواگیری و علامت اخطار را RESETکرد. از آنالیز روغن در آزمایشگاه و درصد مقدار گاز هیدروژن و منواکسید کربن موجود می توان تشخیص داد اشکال در چه مرحله ای است (برای تعیین مقادیر حدی به اداره خدمات مهندسی تعمیرات برق مراجعه شود)چنانچه قسمت تریپ رله عمل کند،می بایست از برقدار کردن مجدد مدار جداً خودداری شود و ترانسفورمر مورد بازرسی کامل و دقیق قرار گیرد.
 رله حفاظت موتور
MOTOR PROTECTION TYPE THERMAL OVE LOAD RELAY 

 موتورها
 نوع قدیمی حرارتی آن از سه بی متال حلزونی شکل تشکیل شده که هر یک در مقابل یک هیتر قرار گرفته اند. جریان مصرفی مدار یا مستقیماً یا با استفاده از ترانسفورمرهای جریان به هیترها منتقل شده و بی متال ها در اثر تغییرات گرمای حاصله انبساط یافته و در صورتی که انبساط از حد تنظیم شده رله بیشتر شود،سبب قطع مدار می گردند. نوع کامل این رله دارای قسمت اتصال زمین و دو سیم پیچ لحظه ایی برای حفاظت در مقابل خطاهای شدید می باشد.رله های میکرو پروسسوری جدید بسیار کامل بوده و موتورها را از هر نظر حفاظت می کند و دارای حفاظت های زیر می باشد.
1-    حفاظت در برابر     MECHANICAL JAM
2-    حفاظت در برابر راه اندازی متوالی موتور
3-    حفاظت در برابر زمان راه اندازی متوالی
4-    حفاظت در مقابل بار
5-    حفاظت در برابر اتصال کوتاه
6-    حفاظت در برابر عدم تعادل جریان فازها
7-    حفاظت در برابر اتصال زمین
 در صورتیکه قسمت E/F و یا سیم پیچ های لحظه ای باعث عملکرد رله شود،می بایست مورد بررسی  و یا بازرسی قرار گرفته و پس از رفع عیب احتمالی می توان سیم را مجدداً برقدار نمود.
 رله اتصال زمین محض STAND BY EARTH FAULT ترانسفورمرها مشخصه این رله از نوع IDMTاست. انواع قدیمی آن دارای ساختمان القایی دیسک دار است و انواع جدید آن از نوع میکروپروسسوری می باشد. هر گونه جریانی که از طریق زمین وارد نقطه صفر ترانسفورمر یا منبع تغذیه(ژنراتور) شود،مدار مربوطه را قطع می کند.  چون رله مورد بحث فقط در مواقع اتصال زمین محض عمل می کند،لذا لازم است که کلید مربوطه فقط پس از رفع عیب مدار مربوطه و یا مدارهای مرتبط با آن مجدداً وصل شود.
 رله جهت دار DIRECTIONAL کلیدهای ورودی در واقع هر فاز رله به صورت یک واتمتر عمل نموده و دارای دو سیم پیچ جریان و ولتاژ می باشد و در صورت معکوس شدن جهت جریان دیسک رله به چرخش در آمده و مدار مربوطه را قطع می کند.انواع جدید میکروپروسسوری آن نیز بر همین مبنا کار می کنند. این رله در سیستم های موازی مورد استفاده قرار می گیرد و در صورت معیوب شدن قسمتی از سیستم مانع از عبور جریان قسمت سالم سیستم به قسمت معیوب می شود و لازم است پس از رفع عیب کلید مورد نظر را برقدار نمود.
 رله اتصال زمین محدود شده RESTRICTED EARTH FAULT ژنراتورها و ترانسفورمرها این رله معمولاً از نوع رله لحظه ای الکترومغناطیسی است و محدوده حفاظت دارد. بطور مثال برای حفاظت اتصال زمین سیم پیچ ثانویه ترانسفورمر و کابل های مربوطه تا محل اتصال کابل به کلید می باشد و لذا در صورت عدم تعادل یا بروز اتصال زمین در خارج از محدوده آن عمل نمی کند و عمل کردن آن،نشان دهنده و وقوع اتصال زمین می باشد رله وقتی عمل می کند که اتصال زمین در محدوده حفاظت آن اتفاق افتاده باشد،یعن یسیم پیچی یا کابل های مورد حفاظت اتصال زمین شده اند و به همین سبب از برقدار کردن مجدد سیم تا یافتن عیب و رفع آن جداً خودداری شود. 
 رله دیفرانسیل با یاس شدهBIASED DIFFERENTIAL ژنراتورها- ترانسفورمرها و موتورهای بزرگ هر فاز این رله معمولاً از یک مجموعه بنام OPERATE و مجموعه دیگری بنام  BIAS تشکیل شده است و وظیفه قسمت BIAS جلوگیری از تریپ بی موقع رله در موارد اشکالات کاذب و اتصالی های خارج از محدوده مورد نظر می باشد. ولی در صورت وقوع خطا در محدوده عمل رله، قسمت OPERATEباعث عملکرد رله و قطع مدار مصرف کننده می شود. چون این رله بسیار حساس می باشدلذا در موقع عمل کردن آن می بایست از وصل مجدد کلید خودداری نموده و کابل و سیم پیچ ها واقع در محدوده عملکرد رله آزمایش عایقی گردد.
 رله استالینگSTALL RELAY  این رله شامل یک کنتاکتور و قسمت حرارتی می باشد. وظیفه کنتاکتور این است که به محض افزایش جریان از حد معینی، مدار مربوط به قسمت حرارتی را وصل نماید و قسمت حرارتی نیز پس از مدت زمان معینی در صورتیکه موتور به واسطه اشکالات موجود نتواند راه اندازی شود،کلید مربوطه را قطع خواهد نمود. چون این رله به منظور حفاظت موتور در برابر قفل شدن موتور به واسطه اشکالات مکانیکی از قبیل اشکال بر روی یاتاقان ها و غیره بکار می رود، لذا پس از عمل کردن آن،از وصل کردن مجدد مدار می بایست خودداری کرد و پس از بازرسی دقیق و رفع عیب از قسمت هایی که باعث بروز این اشکال شده اند،مجدداً کلید موتور را برقدار نمود.

نکته : از حدود یک دهه پیشتر رله هایی بر مبنای میکروپروسسور MICROPROCESSOR BASED RELAY به بازار عرضه شد که توانایی ها و قابلیت های زیادی به سیستم های حفاظتی و سیستم های کنترلی عرضه کرد. امروزه یک رله میکروپروسسوری کامل از مجموعه چند رله تشکیل شده است،بدین معنی که مثلاً یک رله حفاظت موتور میکروپروسسوری به تنهایی شامل حفاظت های اضافه بار،اضافه جریان زمانی و لحظه ای،عدم تعادل جریان،ایستایی موتور،و...می باشد که در این صورت می توان گفت این رله شامل واحدهای اضافه بار،اضافه جریان،و... می باشد. تمام تعاریف گفته شده برای رله های مستقل عیناً برای واحدهای حفاظتی یک رله حفاظتی میکروپروسسوری صادق است.

 


 


نظرات (0)
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
نام :
ایمیل (پنهان میماند) :
وب/وبلاگ :
متن نظر :