مقاله شبکه توزیع و انتقال برق تا مصرف
شبکه توزیع و انتقال برق تا مصرف
فهرست مطالب
شبکه قدرت از تولید تا مصرف........................................................................................................ 1
محدودیت تولید.................................................................................................................................... 1
انتقال قدرت ....................................................................................................................................... 1
توزیع و مصرف قدرت......................................................................................................................... 1
آرایش ترانسفورماتورهای قدرت ..................................................................................................... 2
اجزاء یک پست انتقال یا فوق توزیع ............................................................................................. 2
ضرورت اتصال به زمین – ترانس نوتر .......................................................................................... 2
تانک رزیستانس .................................................................................................................................. 3
ضرورت برقراری حفاظت .................................................................................................................. 3
انواع سیستمهای اورکارنتی ............................................................................................................. 4
سیستم حفاظت اورکارنتی فاز به زمین ....................................................................................... 4
حفاظت باقیمانده یا رزیجوآل .......................................................................................................... 5
هماهنگ کردن رله های جریانی زمان ثابت ............................................................................... 5
اشکال رله های با زمان ثابت ........................................................................................................... 5
رله های اورکانت زمان معکوس ...................................................................................................... 6
انواع رله های جریانی با زمان معکوس و موارد استفاده هر یک ........................................... 6
کاربرد رله های جریانی ..................................................................................................................... 7
رله های ولتاژی ................................................................................................................................... 7
حفاظت فیدر خازن ............................................................................................................................ 7
رله اتومات برای قطع و وصل بنکهای خازنی .............................................................................. 8
حفاظت فیدر کوپلاژ 20 کیلوولت ................................................................................................. 9
حفاظت فیدر ترانس 20 کیلوولت ................................................................................................. 9
حفاظت جهتی جریان ....................................................................................................................... 9
حفاظت R.E.F ...................................................................................................................................... 10
رله های نوترال .................................................................................................................................... 10
حفاظت ترانسفورماتور قدرت ......................................................................................................... 10
رله بوخهلتس ....................................................................................................................................... 11
رله های ترمیک یا کنترل کننده درجه حرارت ترانس ........................................................... 12
رله دیفرنسیال ...................................................................................................................................... 13
چند نکته در رابطه با رله دیفرنسیال ............................................................................................ 16
رله دیفرنسیل با بالانس ولتاژی ....................................................................................................... 17
رله بدنه ترانس .................................................................................................................................... 17
حفاظت جریانی برای ترانسفورماتور ............................................................................................... 18
رله های رگولاتور ولتاژ ...................................................................................................................... 18
رله اضافه شار ...................................................................................................................................... 20
حفاظت باسبار ..................................................................................................................................... 21
نوع اتصالی های باسبار ...................................................................................................................... 22
خصوصیات حفاظت باسبار ............................................................................................................... 22
انواع حفاظت باسبار ........................................................................................................................... 22
حفاظت خط ......................................................................................................................................... 23
نکاتی در خصوص رله های دیستانس ........................................................................................... 25
نوسان قدرت و حفاظت رله دیستانس در مقابل آن .................................................................. 27
رله دوباره وصل کن ........................................................................................................................... 29
کاربرد رله دوباره وصل کن .............................................................................................................. 31
ضد تکرار ............................................................................................................................................... 32
رله واتمتریک ....................................................................................................................................... 33
رله مؤلفه منفی ................................................................................................................................... 36
سنکرون کردن ..................................................................................................................................... 39
رله سنکرون چک ............................................................................................................................... 41
رله سنکرونایزینگ ( سنکرون کننده ژنراتورها ) ....................................................................... 43
رله فرکانسی – رله حذف بار ........................................................................................................... 44
سیستم اینتریپ و اینترلاک ............................................................................................................ 46
یک شبکه قدرت از نقطه تولید تا مصرف،شامل اجزاء و مراتبی است که ژنراتور را بعنوان مولد و ترانسهاو خطوط انتقال را بعنوان مبدل و واسطه در بر می‌گیرد .
محدودیت تولید :
ژنراتورها معمولاً” جریانهای بزرگ را تولید میکنند اما به لحاظ ولتاژ محدودیت دارند،زیرا عایق بندی شینه ها حجم و وزن زیادی ایجاد میکند و به همین لحاظ ژنراتورها در نورم های ولتاژی 6،11،21 و حداکثر 33 کیلو ولت ساخته می‌شوند .
انتقال قدرت :
بر عکس تولید که به لحاظ ولتاژ محدودیت دارد، در انتقال قدرت،مشکل جریان مطرح است زیرا هر چه جریان بیشتر شود،مقطع سیمها بیشتر و در نتیجه ساختمان دکل ها بزرگتر و تلفات انتقال نیز فزونی می‌گیرد . به همین لحاظ سعی میشود که پس از تولید جریان،با استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده،سطح ولتاژ افزایش و میزان جریان کاهش داده شود . ضمنا” عمل انتقال سه فاز،توسط سه سیم صورت می‌گیرد ( به سیم چهارم نیازی نیست ) و برای تشخیص اتصال کوتاههای احتمالی فاز به زمین،از شبکه زمین و نوترالی که در پست مبدا ایجاد میکنند،سود می‌جویند .
توزیع و مصرف قدرت :
پس از انتقال قدرت تا نزدیکی های منطقه مصرف،سطح ولتاژ در چند مرحله پایین می‌آید تا قابل مصرف شود. در ایران درحال حاضر برای انتفال قدرت ازولتاژهای 400 و 230 کیلو ولت (فاز- فاز) استفاده میشود و در مناطق شهری نیز این ولتاژها به سطح 63 کیلو ولت ( شبکه فوق توزیع )کاهش پیدا میکند و با تبدیل 63 به 20 کیلو ولت،ولتاژ اولیه برای ترانسفورماتورهای توزیع محلی مهیا می‌گردد تا با ولتاژ 400 ولت ( فاز- فاز )،برق مورد نیاز مصرف کننده های عادی فراهم آید .
آرایش ترانسفورماتورهای قدرت :
ترانسفورماتورهای انتقال،از آرایش ستاره / مثلث برخوردارند . طرف ستاره به ولتاژ بالاتر و طرف مثلث به ولتاژ پایین تر متصل میشود تا در عایق بندی و حجم سیم پیچ ها صرفه جوئی شود . تپ چنجر نیز که بعنوان تنظیم کننده ولتاژ بکار گرفته میشود معمولاً در طرف فشار قوی تعبیه می‌گردد تا عمل تغییر تپ (Tap) را در جریانهای کمتری انجام دهد و جرقه کنتاکتها به حداقل رسد .
اجزاء یک پست انتقال یا فوق توزیع :
یک پست انتقال یا فوق توزیع، معمولاً شامل خط یا خطوط ورودی،بریکرها،سکسیونر ها، باسبار طرف فشار قوی،ترانس قدرت، ترانس نوتر،ترانس مصرف داخلی،باسبار فشار متوسط،فیدر های خروجی،فیدرهای خازن و غیرو میشود و در هر پست پانلهای رله ای و متیرینگ،عمل حفاظت و اندازه گیری را بعهده دارند . باطریخانه و شارژرها نیز وظیفه تولید سیستم D.C. را که لازمه غالب رله ها میباشد انجام می‌دهند .
ضرورت اتصال به زمین :
تا زمانی که اتصالی با زمین در شبکه اتفاق نیفتاده باشد،نیازی به برقراری اتصال نوترال با زمین نمی‌باشد، اما به لحاظ امکان وقوع اتصال کوتاه های با زمین و برقراری سیستم حفاظتی برای تشخیص آنها،ناچار به داشتن سیستم نوترال خواهیم بود،به این ترتیب که سه فاز شبکه را از طریق یک ترانس نوتر (معمولاً داری سیم پیچ زیگزاک ) به یکدیگر متصل و نقطه صفر یا خنثی (نول ) آنرا با زمین مرتبط می‌کنیم . این ترانس ضمن ایجاد نوترال برای شبکه،بدلیل راکتانسی که دارد ،جریان اتصال کوتاه با زمین را نیز محدود میکند .
تانک رزیستانس :
عبارت از یک تانک فلزی پر از الکترولیت بسیار رقیق کربنات سدیم است . خاصیت این محلول آن است که مقاومت الکتریکی آن به طور معکوس در برابر حرارت تغییر میکند . در صورت پیدا شدن جریان نشتی با زمین ایجاد حرارت در مایع و کاهش مقاومت آن،جریان عبوری افزایش یافته و به سرعت به حدی میرسد که رله نوتر را تحریک نماید . بنابراین خاصیت این مقاومت،آشکار نمودن جریانهای نشتی کم و غیر قابل تشخیص بوسیله رله نوترال اصلی میباشد تا از عبور جریان مداوم نشتی و داغ شدن ترانس نوتر و سوختن احتمالی آن جلوگیری بعمل آورد .
خواص تانک رزیستانس به همین مورد محدود نمی‌شود بلکه مقاومت حالت نرمال آن و راکتانس ترانس نوتر،مجموعا” به حدی انتخاب میشود که آمپر اتصال کوتاه را در حد مورد نظر محدود نماید . از مزایای دیگر آن،رزیستانس خالص آنست ( در نقطه مقابل ترانس نوتر که تقریبا 97% راکتانس خالص است ) و بنابراین در مواردی که انتخاب یک ترانس نوتر با راکتانس بالا به دلیل افزایش اندوکتانس سلفی پست،از بروز و ظهور هارمونیکها جلوگیری میکنند تا عملکرد سلکتیو رله ها مختل نشود .
ضرورت برقراری حفاظت :
پس از برپایی یک سیستم قدرت،اول چیزی که نیاز به آن احساس میشود،برخورداری سیستم از یک حفاظت اتوماتیک است . در اوایل پیدایش شبکه های قدرت،سعی می‌شد سیستم را در مقابل جریانهای اضافی ( Exess Currents) حفاظت نماید و اینکار توسط فیوز انجام می‌شد اما با گسترش شبکه ها و تمایل به داشتن حفاظتی انتخاب کننده ( Selective )،یعنی آن نوع از حفاظت که بواسطه آن برای هر خطا ( Fault) ئی در هر نقطه از شبکه،مناسبترین عمل قطع انجام شود، سیستم حفاظت Over current (که اصطلاحاً ماکزیمم جریان گفته میشود) مطرح شد و گسترش یافت .
البته نباید حفاظت اورکارنتی را با حفاظت over load ( اضافه بار )،که بر مبنای ظرفیت حرارتی مدار منظور میشود،اشتباه گرفت . در حفاظت اخیر اگر بار از مقدار معینی ( معمولاً 2/1 برابر جریان نامی‌خط ) بیشتر شود،فرمان قطع رله صادر میشود در حالیکه منظور عمده از طرح حفاظت اورکارنتی آنست که در صورت بروز خطا، رله ها به ترتیب نزدیکی به نقطه اتصالی در نوبت قطع بایستند و در صورت عمل نکردن یک رله،رله بعدی فرمان قطع صادر کند .
معمولاً در تنظیم گذاری رله های اورکارنت به گونه ای عمل میشود که هر دو منظور حاصل شود.
انواع سیستمهای اورکارنتی :
در جائیکه نیروگاه فقط یک بار منفرد را تغذیه میدهد، نیاز حتمی‌به وجود رله اورکارنت نیست و رله ای که بتواند پس از تاخیر معینی مدار را قطع نماید،کافی به نظر میرسد . اما در یک شبکه توسعه یافته،که هر باسبار بیش از یک خروجی را تغذیه میکند،رفتار سلکتیو بیشتری لازم است تا قسمت حذف شده و خاموشی حاصله به حداقل رسد .
سیستم حفاظت اورکارنتی فاز به زمین :
حفاظت اورکارنتی برای تک تک فازها ضروریست اما یک رله زمین Earth Foult = E/F برای هر سه فاز کافیست . غالباً نیاز به آن است که رلهE/F نسبت به جریانهای زمین بسیار حساس باشد . بعبارت دیگر،تنظیم رله زمین اغلب کمتر از مقدار تنظیمی‌رله فاز قرار می‌گیرد ( حدود20 % آن ).
حفاظت باقیمانده یا رزیجوال :
در صورتیکه بخواهیم رله زمین به جریانهای بسیار کم زمین حساس باشد،از اتصال باقیمانده یا Rsidual Connection ) ) استفاده میشود،در این روش،سیم پیچهای ثانویه سه ترانس جریان – یکی برای هر فاز – بصورت موازی بسته می‌شوند و مشترکا” یک رله زمین را تغذیه میکنند . در حالتی که وضعیت نرمال باشد،خروجی مجموعه این ترانس ها صفر است و همچنین در حالتی که اتصال کوتاه دو فاز رخ دهد،این تعادل همچنان باقی می‌ماند . خط پارگی در یک فاز ( بدون اتصالی با زمین ) نیز باعث عمل رله نمی‌شود . از آنجائیکه رله زمین در حالت تعادل جریان (درحالت نرمال) تحریک نمی‌شود،می‌توان تنظیم آنرا پایین انتخاب نمود و آنرا برای هر مقدار جریان نشتی زمین حساس کرد .
هماهنگ کردن رله های جریانی زمان ثابت :
اگر تنظیم رله های پشت سر هم در یک شبکه را به گونه ای قرار دهیم که دورترین رله نسبت به نقطه اتصالی،با فاصله زمانی معینی (نسبت به رله های ما قبل و ما بعد خود) فرمان قطع دهد،در آن صورت چنین هماهنگی رله ای را هماهنگی جریانی- زمانی و فاصله زمانی بین عملکرد یک رله و رله بعدی را پله زمانی یا Margin می‌نامیم .
در این شکل سیستم حفاظتی،رله های اورکارنت با عملکرد آنی (Instataneous R) نیز بعنوان راه انداز و یا آشکار ساز اتصالی بکار می‌روند. این رله ها می‌باید تنظیمات معینی داشته باشند .
اشکال رله های با زمان ثابت ( Definite – time ) :
در صورتی که در اتصالیهای ضعیف و شدید،رله ها به ترتیب تنظیمات زمان ثابت خود به عمل در آیند،المان های شبکه خسارت بیشتری می‌پذیرند و این مورد از نقاط ضعف رله های جریانی با زمان ثابت است .
رله های اورکانت زمان معکوس ( invers –time )
اشکال فوق در رله های زمان ثابت وجود داشت،در رله های با زمان معکوس کمتر میشود . در این رله ها در صورت زیاد شدن جریان عبوری،زمان عملکرد رله کوتاهتر می‌شودو در نتیجه ترانسفورماتور و سایر المان های شبکه،مدت کمتری تحت جریان اتصالی قرار می‌گیرند و لطمات کمتری متوجه آنها میشود . در عین آنکه منحنی های رله های پشت سرهم را می‌توان طوری انتخاب نمود که انتخاب سطح سلکتیو برقرار بماند .
انواع رله های جریانی با زمان معکوس و موارد استفاده هر یک :
این رله ها بسته به شیب منحنی آنها،انواعی دارند،از جمله ؛
1- رله های زمان معکوس نرمال(normally inverse)
2- رله های زمان معکوس دارای شیب بیشتر(very inverse)
3- رله های زمان معکوس دارای شیب تند(extremely inverse)
نوع اول معمولاً”در همه شبکه ها کاربرد دارد.نوع دوم در جایی مناسب است که جریان اتصال کوتاه به نسبتی که از منبع دور می‌شویم،کاهش قابل توجهی داشته باشد .منحنی این رله ها به صورتی است که زمان عملکرد آنها با دو برابر شدن جریان ،حدودا”نصف میشود . نوع سوم در آن تیپ از شبکه های توزیع مناسبت دارد که در آنها بهنگام کلید زنی،جریان زیاد و نسبتا” طولانی کشیده میشود .چنین جریانهایی با در مدار باقی ماندن وسایلی از قبیل پمپها ،یخچالها و غیره ایجاد میشود بنابراین لازم است ازآن نوع منحنی استفاده شود که زمان عملکرد تاخیری طولانی بهنگام جریان دادن فیدر داشته باشد و بعلت این خاصیت ویژه است که این رله کاربرد می‌یابد ،در عین آنکه می‌توان آنرا با فیوزهای بعد از آن نیز هماهنگ نمود(منحنی این رله بسیار نزدیک به منحنی عملکرد فیوزها میباشد ).
کاربرد رله های جریانی
از رله های جریان با زمان ثابت و زمان معکوس ،در غالب فیدرهای ورودی یا خروجی کاربرد دارد.در فیدرهای خروجی 20کیلو ولت و پایین تر ،ازدورله جریانی در دو فاز و یک رله زمین استفاده میشود .حذف رله جریانی از فاز وسط به جهت صرفه جویی صورت می‌گیرد و اشکالی نیز بوجود نمی‌آورد ،اما در ولتاژهای بالاتر ،هر سه فاز از رله جریانی برخوردارند و رله زمین نیز بر سر راه نقطه صفر ترانس جریانها و انتهای سه رله فازها بسته میشود .
رله های ولتاژی :
کاربرد رله های ولتاژی محدود است و دو تیپ عمده دارند:
1- رله ولتاژی که در اثر کاهش ولتاژ به عمل در می‌آید(Under Voltage).
2- رله ولتاژی که در اثر افزایش ولتاژ تحریک میشود (Exess Voltage).
از این رله ها در حفاظت فیدرهای خازن ،رگولاتور ولتاژ ترانسفورماتور و حفاظت خطوط ورودی به پست استفاده میشود .
حفاظت فیدر خازن:
در مجموعه حفاظتی فیدر خازن از رله های مختلفی استفاده میشود از آن جمله :
1- رله های اورکارنت برای هر فاز
2- رله های کاهش و افزایش ولتاژ
3- رله نامتعادلی
در خصوص رله نامتعادلی باید گفت یک رله ولتمتریک حساس است و دو کار انجام میدهد ؛
1- با ایجاد نامتعادلی در نوتر خازنها ،آلارم و سپس فرمان قطع صادر میکند .
2- با بی برق شدن فیدر ترانس مربوطه،فیدر خازن را از مدار خارج می‌سازد . معمولاً خازنهای موازی ( منصوب روی باسبار 20 یا 63 کیلو ولت )،بصورت ستاره دوبل بسته میشود و بر سر راه ارتباط دو صفر ستاره،از یک ترانس ولتاژ استفاده میشود تا در صورت بروز اشکال در هر یک از خازنها ،این ترانس حاوی ولتاژ شده و رله را تحریک نماید . معمولاً محدوده عملکرد آلارم این رله،پایین تر از حد نرمال فرمان قطع آنست . بهنگامی‌که خازنهای طرفین از بالانس خارج شود (در اثر طول عمر یا قرار گرفتن بنک های خازن در شرایط متفاوت مثلاً آفتاب و سایه )،آلارم خواهیم داشت اما ضعف هر خازن و تغییر ظرفیت نسبتاً شدیدتر باعث صدور فرمان قطع خواهد شد . در صورتی که باسبار ( که خازنها روی آن نصب هستند ) بی برق شود،این رله باز هم فرمان قطع خواهد داشت و بنک های خازنی را از مدار خارج می‌سازد تا بهنگام برقدار شدن مجدد باسبار،پدیده سوئیچینگ باعث انفجار خازنها نگردد .
ضمناً ازتعدادی رله زمانی نیز در حفاظت بنکهای خازنی استفاده میشود ،از جمله آنکه یک رله زمانی با تأخیر طولانی در وصل ،باعث میشود که هر بار پس از قطع فیدر خازن ،تا مدتی (حدود 10دقیقه )از وصل مجدد آن جلوگیری نماید و این مسئله به آن خاطر است که در ابن مدت ،خازنها فرصت کافی برای دشارژ داشته باشد و باقیمانده شارژ باعث بروز انفجاردر آنها نشود.
رله اتومات برای قطع و وصل بنکهای خازنی :
این وسیله معمولاً به قدرت راکتیو حساس است و می‌تواند در محدوده تنظیمی‌خود ،بنکهای خازنی را یکی پس از دیگری و به ضرورت در مدار آورده یا از مدار خارج سازد .
در بعضی موارد ،امکان دیگری نیز در این رله ها تعبیه میشود تا متناسب با کاهش ولتاژ شبکه ،خازنها را وارد مدار نماید و این ارتباط از آن جهت است که ولتاژ شبکه بستگی به میزان بار و همینطور Cos j شبکه دارد و با کم شدن Cosj،شدت جریان افزایش یافته ،افت بیشتر ولتاژ مدار را باعث میشود و به این ترتیب، می‌توانیم رله را طوری تنظیم کنیم که ولتاژ شبکه از حد محاسبه شده پایین تر آید ،فرمان وصل به فیدر خازن و در حالت عکس آن فرمان قطع صادر کند .
برای آنکه این رله بدرستی و دقت عمل نماید ،داشتن منحنی بار مصرفی یک شبانه روز شبکه ضروری خواهد بود . نقاطی که خازنها باید وارد مدار ویا از آن خارج شوند ،بر مبنای همین منحنی تعیین و به صورت تنطیم روی رله قرار می‌گیرد .دراین صورت می‌توان Cosjمدار را در طول شبانه روز به طور خودکار و در حد دلخواهی حفظ نمود .در ضمن ،زمان تأخیری لازم برای در مدار در آوردن خازنها روی همین رله تنظیم میشود.
حفاظت فیدر کوپلاژ 20کیلو ولت:
این حفاظت معمولاً سه رله جریانی را شامل میشود تنظیم آن به خاطر هماهنگی تا رله های فیدرهای خروجی و فیدر ترانس ،حد وسط این دو قرار می‌گیرد.بنابراین در مواقع بروز اتصالی در یک فیدر و در صورت عدم عملکرد آن فیدر ،این فیدر قطع میشود تا فیدر ترانس مربوطه دچار قطع بی مورد نگردد.
حفاظت فیدر ترانس20کیلو ولت:
این حفاظت به لحاظ ترکیب تقریباً مشابه هریک از فیدرهای خروجی میباشد با این تفاوت که معمولاً در هر سه فاز از رله جریانی برخوردار است .در صورتیکه ازرله نوع زمان ثابت استفاده شده باشد ،زمانی حدود 2/1ثانیه خواهد داشت (با در نظر گرفتن زمان تنظیمی4/0ثانیه برای فیدرهای خروجی و 8/0ثانیه برای فیدر کوپلاژ).زمان4/0ثانیه بعنوان margin بین هر دو رله پشت سر هم ،زمان مطلوبی خواهدبود.
حفاظت جهتی جریان:
معمولاً”در مواردی مثل حفاظت ژنراتور در نیروگاه و حفاظت فیدرهای ترانس،از رله های جریانی حساس به جهت جریانDirectional Over Current = D.O.C))استفاده میکنند و این امر به خاطر آن است که در مواقع قطع تحریک ژنراتور یا بی برق شدن ترانس ،از معکوس شدن جریان جلوگیری بعمل آید.
حفاظت R.E.F:
R.E.F مخفف Restricted Earth Faultبه معنای اتصال زمین محدودی یا محدود شده میباشد و این وجه تسمیه به خاطر آنست که محدوده معینی از مدار مثلاً یک تکه کابل (مثلاً کابل پرتولین حدواسط ترانس و باسبار) را حفاظت مینماید .رله دیفرانسیال نیز - که شرح آن بعداً خواهد آمد – همانند این رله ولی به شکل کامل تر،محدوده معینی مثل ترانسفورماتور و یا یک لکه کابل یا خط را حفاظت میکند .بنابراین در مواردی که خارج از این محدوده یا ناحیه تعریف شده ،اتصال کوتاه پدید آید،لازم است که این رله به عمل در نیاید .در عین آنکه می‌باید برای اتصای های واقع در محدوده آن ،بسیار حساس باشد .
رله R.E.F یک رله آمپریک بسیار حساس است که در یک مدار دیفرانسیالی (مقایسه کننده جریان ها )قرار گرفته است.این رله به طور موازی بین ترانس جریان نوترال و مدار رزیجوآلی ترانس جریان های فیدر ترانس نصب میشود .با یک تحلیل ساده می‌توان نشان دادکه در صورت بروز اتصالی در خارج از محدوده مورد حفاظت این رله ،تحریکی صورت نمیگیرد ولی در صورت وقوع اتصالی در محدوده آن، به سرعت به عمل در می‌آید. عملکرد این رله لحظه ایست. برای غیر حساس کردن رله به خاطر پرهیز از عملکردهای بی مورد،مقاومتی (حدود10اهم)با آن سری میشود .
رله های نوترال:
جریان های اتصال کوتاه با زمین و هرگونه جریان نشتی شبکه20کیلو ولت،ازطریق نوترال به شبکه باز می‌گردد . اتصال با زمین در هر یک از خروجی ها،رله ای زمین مربوطه و همچنین رله های نوترال را تحت تاثیر قرار میدهد و در صورت گذر از حد تنظیمی‌رله ها باعث تحریک آنها میشود،بنابراین لازم است که به لحاظ زمانی نوعی هماهنگی بین رله های زمین خروجی ها و رله های نوترال وجود داشته باشد و بیش از عمل رله نوترال ،رله زمین فیدر حروجی مربوطه فرمان قطع صادر میکند . غالباً یکی از رله های نوترال - معمولاً با تنظیم بالا – دارای چنین هماهنگی با هر یک از خروجی ها است . رله دیگری روی نوترال نصب میشود که نصب به جریانهای بسیار کم نیز حساس است و اصطلاحاً Sensetive Earth) Fault ) گفته میشود اما دارای زمان تاخیر طولانی ( معمولاً یک دقیقه برای آلارم و سه دقیقه برای فرمان قطع ) میباشد . این رله،جریانهای نشتی پابدار یا مقاوم (tand by) را دیده و باعث قطع فیدر ترانس میشود . چنین رله ای را رله دو مرحله ای می‌نامند . در مواردی که از تانک رزیستانس بر سر راه ترانس نوتر استفاده نشده است،وجود چنین سیستمی‌ضروری مینماید .
حفاظت ترانسفورماتور قدرت :
ترانسفورماتور قدرت به دلیل ارزش اقتصادی آن،با مجموعه از رله های مختلف حفاظت میشود .از جمله رله های اصلی حفاظت کننده آن،رله بوخهلتس و رله دیفرانسیل هستند، رله‌های ترمیک نیز ترانسفورماتور را به لحاظ حرارتی کنترل میکنند و بسته به درجات تنظیمی‌آنها،سیستم های خنک کنندگی ( همانند فن ها و پمپ روعن ) را بکار می‌اندازد و یا در صورت افزایش بیش از حد حرارت،آلارم و یا فرمان قطع صادر میکند .
رله بوخهلتس :
از این رله مکانیکی جهت حفاظت ترانسفورماتورهای روغنی استفاده می‌شوند . این رله بر سر راه مخزن ذخیره روغن و تانک اصلی ( و یا تانک رگولاتور ) ترانس نصب میشود و در محفظه پر از روغن خود دارای دو شناور میباشد . به هنگام ایجاد جرقه در داخل روغن ترانس ( به دلایل مختلفی از جمله بروز اتصال حلقه در سیم پیچها،اتصال بدنه و … ) و رانش روغن در این وسیله به دلیل هجوم گازها به داخل رله،به عمل در می‌آید و با اتصال کنتاکتهای آن توسط گویهای شناور،فرمان آلارم یا قطع صادر میکند و در این صورت بریکر های طرفین ترانس قطع و ترانس از مدار ایزوله میشود . قابل توجه آنکه علی رغم هیئت مکانیکی،این وسیله سرعت عمل بالایی دارد ( حدود 35 میلی ثانیه ) و از این نظر،با رله دیفرانسیال رقابت میکند در کشوری مثل آلمان این رله،حفاظت اصلی ترانس به حساب می‌آید . از این رله در حفاظت تانک ترانس نوتر و ترانس داخلی نیز استفاده میشود .
رله های ترمیک یا کنترل کننده درجه حرارت ترانس :
قسمت حس کننده حرارت ( ترموکوپل ) می‌تواند در داخل سیم پیچ،روغن و یا روی بدنه ترانس نصب شود و به این طریق درجه حرارت هسته،روعن و یا بدنه ترانس را سنجش کند . در یک ترانس در حال کار،دمای هسته،روغن و بدنه متفاوت است . معمولاً کارحانه سازنده ترانس،منحنی ازدیاد دمای هسته،روغن و بدنه را در یک گراف در اختیار مصرف کننده قرار میدهد . در یک نمونه ترانس ردکونکور،اختلاف این سه دما به طور تقریبی حدود 10 درجه است ؛ از همین رو تنظیمات دمای ترمومتر های این سه مورد را با اختلاف 10 درجه نسبت به هم قرار می‌دهند . برای مثال،چنانچه برای راه انداختن فن ها از ترمومتر هسته استفاده شده و تنظیم آن روی 60 در جه قرار گیرد،در خصوص ترمومتر روغن و بدنه همین ترانس می‌باید به ترتیب درجات 50 و 40 منظور شود . برای ترانسفورماتور های خشک و یا راکتورهای غالباً از کنترل کننده حرارتی استفاده نمی‌شود ولی در صورت لزوم می‌توان با قرار دادن ترموکوپل در داخل سیم پیچهای آنها،کنترل حرارتی را بر قرار نمود . این گونه وسایل معمولاً از طریق رله‌های جریانی حفاظت می‌شوند
رله دیفرنسیال :
برای حفاظت ژنراتور،ترانسفورماتور و خطوط یا کابل های کوتاه از رله دیفرنسیال استفاده میشود . این رله تفاوت جریانهای ورود و خروج را سنجیده و در صورت وجود تفاوت بین آنها،به عمل در می‌آید با توجه به آنکه جریانهای طرفین ترانس،از طریق،ترانسهای جریان حاصل میشود و از آنجائیکه ترانس های جریان با هر مقدار دقت و هم کلاس بودن از لحاظ موقعیت نقطه اشباع با هم تفاوتهایی دارند،بنابراین بروز اختلاف و عمل بی مورد رله محتمل خواهد بود . برای خروج رله از این حالت ناپایداری،مدار را به صورتی تغییر می‌دهند که جریان مجموع یا دور زننده ،مقداری از نیروی جریان عمل کننده را خنثی . با اندازه ای از شدت حساسیت رله کاسته و حالت پایداری بوجود آید . کویل نگهدارنده عامل این باز دارندگی است و به گونه ای در مدار جریان دور زننده تعبیه میشود که نیمی‌از کویل در طرف اول و نیم دیگر در طرف دوم مدار قرار گیرد . با این حساب،آمپر دور این کویل نگهدارنده به دو قسمت تقسیم میشود ؛ یکی و دیگری و مجموع این دو متوسط جریان نگهدارنده Restraining Current) ) نیز خواهد بود . هنگامیکه اتصال کوتاه در خارج از محدوده رله دیفرانسیال رخ مب دهد هر دو جریان ( I1+I2 ) افزایش می‌یابد و از این رو گشتاور کویل نگهدارنده نیز بیشتر شده و و مانع از عمل رله می‌گردد .
حاصل تقسیم جریان عمل کننده یعنی ( I1-I2 ) به متوسط جریان نگهدارنده یعنی(I1+I 2) ثابت است و می‌توان آن را به صورت در صدی بیان نمود و لذا این رله را می‌توان یک رله دیفرانسیل در صدی نامید . به عبارت دیگر،همیشه با مقداری از جریان نگهدارنده می‌توان مقداری از جریان عمل کننده را خنثی و یا کنترل نمود . مرز تعادل این دو نیرو عبارت از خط مستقیمی‌است که با شیب معین در صفحه مختصات دو محور ( I1+I2 )و ( I1-I2 ) رسم میشود و در حقیقت این خط حد واسط دو ناحیه ( عملکرد ) و ( عدم عملکرد ) رله میباشد .و حالا این نکته قابل درک است که چرا به این رله ( Biased differencial Relay ) یا رله دیفرانسیل کنترل شده اطلاق میشود و این نامگذاری حاکی از آن است که کویل نگهدارنده،همانند یک کویل کنترل کننده ( Biased Coil ) عمل میکند .
تنظیم این رله هم در دو قسمت متمایز صورت می‌گیرد ؛
تنظیم جریان پایه برای کویل عمل کننده یا تنظیم مقدار پایه .
تنظیم جریان برای کویل نگهدارنده .
| کمترین جربانی که موجب عمل رله میشود |
| جریان نامی کویل عمل کننده |
تنظیم جزیان پایه برای کویل عمل کننده به صورت زیر تعریف میشود ؛
و این در حالی است که جریان در کویل نگهدارنده برابر صفر باشد .
| مقدارجریان درکویل عمل کننده له نحوی که رله به عمل درآید |
| جریان درکویل نگهدارنده |
و تنظیم جریان عمل رله هنگامیکه از کویل نگهدارنده یا کنترل کننده هم جریانی عبور میکند،با رابطه زیر تعریف میشود ؛
به عبارت دیگر،مقدار جریانی که رله در آن عمل ( pick up) میکند به صورت فرمولی،شکل زیر را خواهد داشت :
برای آن که رله دیفرنسیال عملکرد های به خطا و بی مورد نداشته باشد لازم است که در این تنظیم موارد زیر لحاظ شود ؛
خطاهای ترانس های جریان طرفین .
خطای حاصل از افزایش تپ ترانس ( این افزایش در حقیقت نسبت تبدیل ترانسفورماتور را تغییر میدهد ) .
مقاومت سیم های رابط ( این مورد بویژه در رله های دیفرنسیال مورد استفاده در حفاظت کابل هایی که از طول کافی برخوردارند،قابل ملاحظه خواهد بود و به همین دلیل ساختمان و طرح رله های دیفرنسیال کابل،متفاوت از رله های دیفرانسیل ژنراتور یا ترانس میباشد . در بخش رله دیفرنسیال طولی به این مسئله پرداخته خواهد شد )
نا پایداری در مقابل اتصال کوتاههای شبکه ( بروز اتصال کوتاههای شدید در شبکه گاهاً پایداری رله را مختل کرده و رله را به عملکرد نا خواسته می‌کشاند .از این رو می‌یابد در صدی از تنظیم را به این مسئله اختصاص داده ) .
معمولاً برای ترانسفورماتور های قدرت،تنظیم جریان عمل کننده با جربان پابه را 20 درصدو تنظیم جریان درصدی رله را 25 در صد قرار می‌دهند .
در یک نمونه رله دیفرنسیال در حالتی که جریان نگهدارنده به کویل مربوطه اعمال نمی‌شود،در حساس ترین حالت آن ( وقتی پایین ترین منحنی انتخاب میشود یعنی P=0.3 ) رله با حدود A 4/1 به عمل در می‌آید،اعمال حدود A 3 به کویل نگهدارنده نیز همین نتیجه را دارد . تا اینجا مسئله مربوط به ناحیه افقی منحنی میشود و در حقیقت اگر کویل عمل کننده با مقداری کمتر از A 4/1 به عمل در نمی‌آید به علت اصطکاک های داخلی رله و نیروی بازدارنده فنرها میباشد که البته در رله های نوع استاتیک این مقدار به مینیمم میرسد . با افزایش جریان نگهدارنده تا مرز A 5 ،مقدار جریان کویل عمل کننده نیز فزونی می‌گیرد و به مقدارA 45/1 میرسد و جریان نگهدارنده A 7،جریان عمل کننده A 75/1 را نیاز خواهد داشت به همین ترتیب وقتی جریان نگهدارنده به A 15 میرسد،جریان عمل کننده به مقدار A 2/4 خواهد دیبد . به این ترتیب با به دست آوردن مقادیر عملکرد رله در آزمایشگاه می‌توان تمام نقاط مرز عملکرد رله و در حقیقت صحت عملکرد آن مطالق منحنی داده شده از طرف کارخانه سازنده را مشاده نمود .
چند نکته در رابطه با رله دیفرنسیال :
به جهت آنکه در ترانس قدرت،جریان ثانویه مطابق با گروه برداری ترانس نسبت به اولیه می‌چرخد،بنابراین یکسان نمودن اندازه جریانهای طرفین رله دیفرنسیال، کفایت نمی‌کند و لازم است از ترانس واسطه یا ترانس تطبیق که همان گروه برداری ترانس قدرت را داشته باشد استفاده کنیم تا چرخش حاصله را جبران نماید .
در ترانس واسطه سرهای مختلفی وجود دارد و این امر به دلیل وجود تپ در ترانس قدرت است . به هنگام عملیات راه اندازی اولیه یک پست لازم است که جریانهای اولیه و ثانویه و اختلاف که همان جریان دیفرانسیال (I1-I2) میباشد،در پایین ترین . بالا ترین تپ اندازه گزفته شده و مناست ترین تپ برای ترانس ترانس واسطه انتخاب یشود تا حداقل جریان عمل کننده را داشته باشیم .
رله های دیفرنسیال مغناطیسی،مصرف زیاد تری دارند و مخصوصاً اگر ( I1-I2 ) بهنگام بار زیاد ترانس قابل توجه شود،گرمای زیادی را به رله تحمیل خواهد کرد و ضمناً بدلایلی که گفته شد، ناپایداری رله را افزایش خواهد داد .
بهنگام تحت تانسیون قرار دادن قدرت از آنجا که ثانویه باز بوده و جریان مغناطیس‌کننده فقط در اولیه جاری میشود،جریان ( I1-I2 ) افزایش می‌یابد که البته به دلیل کم بودن جریان مغناطیس کننده و تنظیم 25 % جریان ( Pick Up) غالبا عملکردی نخواهیم داشت اما نکته قابل توجه آن است که در هنگام وصل،جریان هجومی( Inrush current ) در اولیه خواهیم داشت و این جریان در چند سیکل اول مقدار بالایی دارد و می‌تواند رله را تحریک نماید . اما با در نظر گرفتن آنکه این جریان حاوی هارمونیک های زوج ( بویژه 2 و 4 ) میباشد،می‌توان با قرار دادن یک واحد حساس به این هارمونیک ها و باز نمودن لحظه ای کنتاکت فرمان فطع ( از طربق یک کنتاکت که بر سر راه کنتاکت فرمان قطع واقع شده باشد )،از عملکرد بی مورد رله دیفرنسیال جلوگیری به عمل آورد . اجازه دا د تا ترانس برقدار شود . این واحد که به واحد هارمونیک گیر ( Harmonic trap ) معروف است در همه رله های دیفرنسیال تعبیه شده است .
رله دیفرنسیال با بالانس ولتاژی :
اساس کار این نوع رله، تقابل و رو در رو قرارگرفتن ولتاژ های آمده از ترانس جریانهای طرفین خط است . برای این کار اولاً مدار به صورت ضربدری بسته میشود تا قطب های همنام مقابل هم قرار گیرند و ثانیاً برای تبدیل جریان هر یک از C . T ها به ولتاژ – برای پرهیز از ایجاد افت در طول مدار – از ترانس اکتور ( Trans actor ) استفاده میشود این وسیله،جریان آمده از C.T را متناسباً به ولتاژ تبدیل میکند . در یک نمونه از آن جریان A 5 به v 125/ 0 تبدیل میشود که در سوکت دستگاه،قابل اندازه گیری است و با اندازه گیری ولتاژ مریوطه می‌توان مقدار جریان ورودی را دریافت . در هر حال،آنچه که بین رله های طرفین مبادله میشود ولتاژ و گاهاً یک فرکانس کد گذاری شده است که در صورت برابری جریانهای طرفین،در محدوده باند فرکانسی خاصی خئاهد بود و در صورت به هم خوردن بالانس جریانها ( به هنگام بروز اتصلبی کوتاه در مسیر )،فرکانس یا فزکانسهای متفاوتی به طرفین ترسال خواهد شد . معمولاً در هر طرف،واحد های Send , Receive وجود دارد و اطلاعات به سرعت مبادله میشود . طبیعی است که در خصوص حفاظت دیفرنسیالی کابل نیازی به ترانس واسطه نخواهد بود و واحد هارمونیک گیر نیز ضرورتی نخواهد داشت .
رله بدنه ترانس ( Transformer Body Relay ) :
در ترانس های قدیمی‌که معمولاً برای آنها از رله دیفرنسیال استفاده نشده است و به خاطر ایجاد حفاظتی در برابر برقدار شدن بدنه آنها که غالباً توسط پرندگان و غیره به صورت اتصال فاز به بدنه به وجود می‌آید از رله بدنه استفاده میشود . برای مشخص کردن جریان حاصل از اتصالی،چرخشهای ترانس قدرت از زمین عایق شده و بدنه فقط از یک نقطه زمین می‌گردد و بر سر راه آن ترانس جریان قرار داده میشود تا با واسطه یک رله آمپریک (با فرمان قطع سریع)،ترانس بی برق شود . اتصالی احتمالی ولتاژ هایD.C موجود در باکس های واقع بر ترانس با بدنه نیز به همین روش آشکار خواهد شد . در جائیکه از رله دیفرنسیال استفاده شود نیازی به ایزوله کردن ترانس از زمین و استفاده از رله بدنه نخواهد بود .
حفاظت جریانی برای ترانسفورماتور :
معمولاًدر هر دو طرف ترانس قدرت با استفاده از C.T ها رله های اورکانت (برای هر سه فاز) نیز تعبیه می‌شوند و البته این رله ها از جمله حفاظت های اصلی ترانس به حساب نمی‌آیند اما با سایر رله های اورکانت شبکه هماهنگ هستند و در صورت عمل نکردن رله‌های پیش روی خود و پس از گذشت زمان تنظیمی بعمل در می‌آیند . البته از آنجا که در غالب رله‌های اورکانت، واحد جریان زیاد لحظه ای هم وجود دارد،در صورت تنظیم دقیق این واحدها و افزایش ناگهانی جریان به طوری که از حدود تنظیمی‌آنها فراتر رود فرمان قطع سریع خواهند داشت .
رله های رگولاتور ولتاژ:
تپ چنجر قابل عمل زیر بار یکی از اجزا ضروری ترانس قدرت است و برای بکارگیری اتوماتیک آن و بویژه بهنگام کار موازی ترانس ها ،از یک مجموعه رله‌ای استفاده میشود. مهمترین این رله ها عبارتند از :
1- رله ولتمتریک ساده :این رله،ولتاژ فیدر ترانس را می‌بیند و چنانچه ولتاژ از حد پیش بینی شده –که روی رله تنظیم شده است-کمتر شود(برای مثال ولتاژ ترانس تا آن اندازه پایین آمده باشد که با استفاده از رگولاتور ولتاژ غیر قابل جبران باشد)،در آنصورت این رله ،سیستم اتومات رگولاتور را از مدار خارج خواهد کرد. 2- رله رگولاتور با مبنای جریانی :اساس کار این رله بر این اصل استوار است که با ازدیاد مصرف یا بار ،افت ولتاژ فزونی می‌گیرد .بنابر این پارامتر مبنای کار رله ،جریان و فرمان رله برای رگولاتور ،تغییر ولتاژ(در جهت افزایش یا کاهش)خواهد بود.
3- رله رگولاتور با مبنای ولتاژی :این رله در صورت کاهش ولتاژ،فرمان افزایش و در صورت عکس آن،فرمان کاهش ولتاژ را به رگولاتور صادر میکند.سه گونه تنظیم روی این رله قرار داده میشود ؛
(1)ولتاژ نرمال ترانس که در حقیقت ولتاژ مرجع (reference v. )برای رله میباشد.در یک ترانسفورماتور با ثانویه 20 کیلو ولت،وبا یک ترانس ولتاژ (رابط باسبار 20کیلو ولت و رله)،ولتاژ مرجع ،100ولت خواهدبود.
(2) یا محدوده تغییرات ولتاژ به ولتاژ مرجع .در مثال فوق،هر یک کیلو ولت تغییر در ثانویه ،متناسباً یک ولت تغییر در ورودی رله ایجاد میکند و چنانچه تنظیم ، یک ولت انتخاب شده باشد ،با کاهش ولتاژ ثانویه ترانس تا مرز 19کیلو ولت،این رله فرمان افزایش وبا افزایش ولتاژ ترانس تا مرز 21کیلو ولت، رله فرمان کاهش ولتاژ را صادر خواهد کرد.بدیهی است که این تنظیم می‌باید باتوجه به افزایش ولتاژ ترانسفورماتور به ازای عمل هر تپ آن بوده و به گونه ای باشد که با تغییرات ولتاژ شبکه ،رگولاتور ولتاژ ،پیوسته فعال نشود.
(3) رله زمانی :این رله تاخیر زمانی در ارتباط با مدار فرمان رله رگولاتور ولتاژ قرار می‌گیرد و این فرصت را ایجاد میکند تا چنانچه در محدوده تصمیم گیری رله برای ارسال فرمان، ولتاژخروجی ترانس به حالت نرمال خود نزدیک شد،از فعالیت بی مورد تپ چنجر جلوگیری شود.
در رله استاتیک جدید،معمولاً”هر دو رله آمپریک و ولتمتریک،بصورت مجتمع و در یک واحد،گرد آمده اند.در چنین طرحی،بدلیل کنار هم بودن پارامترها و استفاده از گیت های رمانی مختلف،دقت عمل رله افزایش می‌یابد.
رله اضافه شار(over flux):
عواملی که در تخریب ترانسفورماتور نقش دارند عبارتند از :
اضافه بارها،جریان های اتصال کوتاه،اضافه ولتاژها و همچنین کاهش فرکانس .
اضافه بار،تلف مس و بالارفتن دما را بدنبال می‌آورد .جریان های اتصال کوتاه نیز هر چند کوتاه مدت هستند اما گرمای زیاد و تنش های مکانیکی ایجاد میکنند و وقتی به دفعات تکرارشوند،آسیبهای جدی به سیم پیچ ها وارد می‌سازند و این آسیب در سیکل اول جریان اتصالی بیشترین مقدار خود را دارد و حفاظت خودکار نیز،نمیتواند نقشی در رفع آن داشته باشد .اضافه ولتاژهای مرتبت برترانس ها به دو دسته تقسیم می‌شوند ؛اول، اضافه ولتاژهای گذرا که معمولاً ناشی از صاعقه و سوئیچینگ هستند و در صورت خنثی نشدن توسط برقگیرها،به شکل ایمپالس وارد ترانس شده و تاثیرات مخرب خود را باقی می‌گذارند . دوم،اضافه ولتاژهای فرکانس قدرت هستند که افزایش شار هسته و بدنبال آن، افزایش نامتناسب و بزرگ جریان مغناطیس کننده را بوجود می‌آورند .شار حاصله از ورقه های هسته می‌گذرد و همینطور در ساختمان فلزی بدنه ترانس بطور پراکنده می‌پیچد و در مجموع در قسمتهای انحنادار و نامتقارن سیم پیچ ها ایجاد گرمای شدید میکند که در صورت ادامه دار بودن،موجب خرابی عایق ها میشود .همین حالت را کاهش فرکانس –که افزایش جریان و افزایش شار را بدنبال دارد-نیز بوجود می‌آورد.
کلا” بنا به ملاحظات اقتصادی،طراحی ترانسفورماتورها به صورتی انجام میشود که مقدار کمی‌اضافه ولتاژ فرکانس قدرت را در دراز مدت تحمل میکند اما بکار گرفتن این وسایل در ولتاژهای بالاتر،بویژه اگر با کاهش فرکانس نیز توام شود،نمیتواند ادامه یابد.به همین خاطر،تاثیر این دو پارامتر،در این،رله،به صورت نسبت ولتاژ نامی(به صورت پریونیت) سسنجیده میشود و چنانچه این نسبت از واحد تجاوز کند،رله به عمل در می‌آید.فرمول پایه به کار گرفته شده در ساختار رله به صورت زیر است ؛
در این رابطه،منظور از ولتاژنامی،بالاترین ولتاژی است که ترانسفورماتور برای آن طراحی شده است.گفتنی است که در این حفاظت، نیاز به عملکرد سریع نبوده و قطع آنی مورد نظر نمی‌باشد،اما چنانچه شرایط غیرعادی حدود یک دقیقه ادامه یابد، جداکردن ترانس ضروری خواهد بود.حفاظت اضافه شار عمدتاً در ترانسسفورماتورهای نیروگاه که بیش از سایربن در معرض وقوع این پدیده هستند کاربرد دارد، گرچه در نظر گرفتن آن برای تمامی‌ترانس های قدرت نیز خالی از حکمت نخواهد بود.
حفاظت باسبار:
در اوایل تاسیس شبکه ها بدلیل توسعه نیافتگی طرح رله ها،لزوما” حفاظت شبکه را کلی در نظر می‌گرفتند و نه موضعی. اما بعدها که حفاظت های مقطعی برای ترانس، کابل و خط در نظر گرفته شد، باسبار هم حفاظت مخصوص به خود را طلب نمود بویژه آنکه باسبارها رفته رفته به صورت نقاط متمرکز قدرت اتصال کوتاه و به ضرورت،به چند قسمت تقسیم شدند و هر قسمت حجم زیادی از قدرت را توزیع می‌کرد و چنانچه اتصالی در یک قسمت اتفاق می‌افتاد،روا نبود که مجموعه باسبار از شبکه خارج شود و خاموشی گسترده ایجاد کند. به این خاطر بود که حفاظت باسبار ،حفاظت ویژه ای شد و امروزه از کیفیت پیشرفته و سریعی برخورداراست به صورتیکه بروز اختلال در کار آن، ممکن است پایداری سیستم رابه خطر اندازد.
نوع اتصالی های باسبار:
زبان آمار می‌گوید که غالباً اتصالی های حادث در باسبارها، از نوع فاز به زمین اند .البته اتصال فاز به فاز هم با درصد کمی‌بوجود می‌آید.ضمناً همین آمارها حاکی از آنند که غالب اتصالیهای باسبار ها از خاهای انسانی ناشی میشود و نه از خرابی تجهیزات؛ مثلاً باز کردن سکسیونر زیر بار و یا بستن به خطای سکسیونر زمین،فراموش کردن برداشتن سیم های ارتینگ و تماس های اتفاقی با باسبار (بهنگام عبور دادن وسایل از زیر آنها)، درصد بالایی از حوادث روی باسبار ها را شامل میشود . البته پیدایش جرقه،شکستن ایزو لاتورهای نگهدارنده،ترکیدن ترانسهای جریان و بروز نقص در بریکرها و گاهاً پیدایش فروزونانس هم موجب بروز آرک و اتصالی روی باسبارها می‌گردند .
خصوصیات حفاظت باسبار :
داشتن سرعت عمل برای نوع حفاظت حیاتی است ؛ زیرا که اولاً قدرت اتصال کوتاه باسبار زیاد بوده،و هر نوع تاخیر در قطع،میزان خسارت را گسترش میدهد. ثانیاً این حفاظت می‌باید از حفاظت پشتیبان خود – که گاهاً یک رله دیستانس از نوع امپدانس کم ( Iow impedance) میباشد – سریعتر عمل نماید و گرنه ممکن است حفاظت سلکتیو قسمتهای مختلف آن را از دست برود . پارامتر مهم بعدی،حفظ پایداری سیستم است که عامل سرعت،در آان نقش عمده دارد .
انواع حفاظت باسبار :
در حفاظت های قدیمی‌باسبار،از حفاظت دیفرنسیالی – مبتنی بر مقایسه جریانهای ورود و خروج بود استفاده می‌شد . زمان عملکرد آنها هم کوتاه نبود و گاه به بیش از 2 ثانیه بالغ می‌شد . حفاظت جریانی جهت دار بلوکه کننده نیز بکار می‌رفت که امروز منسوخ شده است . حفاظت نوع دیفرنسیالی،خود انواع مختلفی دارد و از جمله مهمترین آنها،مجموع سنجی جریانهای رزیجوآل هر یک از فیدر هاست . این نوع حفاظت را برای باسبارها ی سه تائی هم مورد استفاده قرارداده اند ؛ با این خصوصیت که هر باسبار به مثابه یک منطقه مجزا در نظر گرفته شده است و در صورت بسته شدن هر بریکر کوپلاژ، مسیر جریانهای هر باسبار از طریق کنتاکتهای کمکی همان بریکر کوپلاژ به سایر باسبار ها مرتبط شده و بالانس جریانی برقرار میشود . طبیعی است که در چنین سیستمی،کنتاکنهای سریع العمل لازم خواهد بود تا اطمینان حاصل شود که هم پای بسته شدن بریکر کوپلاژ،مسیر جریانها نیز بسته میشود . از طرفی تشخیص اتصالی در هر باسبار یا هر قسمت ( Section ) از آن می‌باید به قطع سریع و ایزوله شدن همان قسمت منجر شود و سایر قسمتها در وضعیت نرمال خود باقی بمانند . ترانس های جریان بکار رفته در این سیستم ها نقش عمده دارند و در صورت اشباع شدن یکی یا دسته ای از آنها نظام متعادل سیستم مختل خواهد گشت .
حفاظت خط :
استفاده از حفاظت نوع ( جریانی – زمانی ) به صورت رله های اورکارنت خط،هر چند که کاربرد دارند اما به دلیل تاخیر زیادی که دارند، جزو حفاظت های اصلی محسوب نمی‌شوند . از طرفی،در مواقعی که شبکه دارای چند منبع تغذیه باشد، هماهنگ نمودن رله های جریانی که مشکل و گاهاً غیر ممکن است . رله دیستانس ـ که بر اساس سنجش راکتانس، امپدانس و غیره کار میکند – حفاظت دقیق تر و مطمئن تری به حساب می‌آید و در شبکه های از چند سو تغذیه و تار عنکبوتی نیز عملکرد مناسب‌تری دارد. برای سنجش امپدانس،هر دو پارامتر ولتاژ و جریان مورد تیاز است و از ترکیب U و I علاوه بر Z ، زاویه هم بدست می‌آید و کار تشخیص جهت آسان میشود از آنجا که امپدانس خط انتقال متناسب با طول آن است، بنابراین با استفاده از رله امپدانسی، فاصله تقطه اتصالی بدست می‌آید و از این خاصیت برای هماهنگی رله های دیستانس پشت سر هم استفاده میشود . واقعیت آن است که برای یک اتصالی واقع در انتهای خط،طبیعی است که جریان اتصالی کمتر باشد (بواسطه امپدانس بیشتر) و در عین حال، ولتاژی که در پای ترمینالهای رله دریافت میشود به واسطه دوری از نقطه اتصالی زیادتر خواهد بود و بالعکس در اتصالی های نزدیک به رله،جریان اتصالی بزرگتر و ولتاژ در یافتی در ترمینالهای رله کوچک و نزدیک به صفر خواهد بود . بنابراین این رله برای اتصالی های دور نسبت به اتصالی های میانه خط، جریان کمتر. ولتاژ بیشتری دریاقت میکند و حاصل تقسیم این دو یعنی امپدانس بزرگتری بدست میدهد . برای اتصالی های نزدیک به رله،ولتاژ کمتر و جریان بیشتر خواهد بود و در نتیجه امپدانس کوچکتری سنجش میشود و به این ترتیب، وجه تمایز بین اتصالی های دورتر و نزدیکتر حاصل می‌گردد که بواسطه همین تشخیص فاصله،می‌توان آن را ناحیه بندی کرد و برای ناحیه نزدیکترزمان قطع سریعتری منظور نمود و برای نواحی دورتر،تاخیر زمانی بیشتری در نظر گرفت و به این ترتیب،توانایی و انتخاب در قطع را به دست آورد .
واحد اندازه گیر رله دیستانس در اصل،یک رله نسبت سنج است و طوری طراحی شده که به عضو سنجشی آن دو گشتاور وارد میشود ؛
گشتاور جریان
گشتاور حاصل از ولتاژ
این دو گشتاور بر ضد هم عمل میکنند و ظرایف طراحی به گونه ای است که در حالت نرمال شبکه برایند این دو گشتاور ناچیز بوده و رله بدون عکس العمل می‌ماند اما به هنگام بروز اتصالی ( افزایش جریان و کاهش ولتاژ )،توازن رله به هم خورده و گشتاور جریان بر گشتاور ولتاژ فزونی می‌آید و رله به عمل در می‌آید . طبیعی است که برای اتصالی بسیار دور از رله،امکان عمل رله کم میشود و به این ترتیب می‌توان رله را طوری طراحی نمود که از فاصله معینی به بعد، به عمل در نیاید و به عبارت دیگر رله را طوری ساخت که برای فاصله ای از پیش تعیین شده کاربرد داشته باشد و از همین جاست که رله‌های دیستانس با برد کوتاه، متوسط و بلند ساخته می‌شوند . مکان هندسی نقاطی که در آنها گشتاور عمل کننده جریان و گشتاور باز دارنده ولتاژ برابر می‌شوند، مشخصه مرزی رله یا منحنی مشخصه رله ( Relay- charactrestic) نامیده میشود و از آنجا که این رله‌ها بسیار دقیق ساخته می‌شوند، امپدانس سنجش شده توسط آنها، تقریباً به صورت ایده ال،نسبت ولتاژ به جریان و زاویه بین آن دو خواهد بود و به این ترتیب می‌توان عملکرد امپدانس رله را بر روی نمودار R –X رسم نمود .
نکاتی در خصوص رله های دیستانس :
1- عملکرد رله های دیستانس بر حسب دقت برد یا شعاع عملکرد ( Reach ) آنها تعریف میشود و طبیعی است که برای خطوط کوتاه، متوسط و بلند،رله های دیستانس یکسانی به کار گرفته نمی‌شود .
2- برای نقاطی بسیار نزدیک به رله،که ولتاژ ورودی به رله بسیار کم میشود،دقت رله نیز پایین می‌آید و حتی در پاره ای موارد به عدم عملکرد رله منجر میشود و این امر به چگونگی طراحی رله بر می‌گردد و از عوامل دخیل در آن، امپدانس منبع تغذیه می‌باشند .
برای آنکه رله های دیستانس را همانند رله های (جریانی – زمانی) بتوان به صورت پشتیبان یکدیگر به کار گرفت عملکرد آنها را نسبت به فاصله پیش روی آنها، ناحیه ( Zone)بندی میکنند. برای چند رله دیستانس پشت سر هم،که هر کدام برای مقطعی از خط – یک نیروگاه تا نیروگاه بعد – به کار گرفته شده اند، هر یک از آنها در وهله نخست موظف است که مقطع خود را در زون اصلی (زون یک) حفاظت نماید و چنانچه رله بعدی، از عمل در زون اصلی خود قاصر ماند، به عنوان پشتیبان در زون دوم (با زمان بیشتر) به عمل در آید .
در عمل،زون اول یک رله دیستانس را به دلایلی نمی‌توان تا آستانه نیروگاه بعدی گسترش داد . در واقع اگر تمامی‌این فاصله می‌توانست در زون نخست قرارگیرد، ایده ال می‌بود، اما مواردی از قبیل خطای C.T ها و P. T ها، خطای ناشی از شرایط شبکه خطای محاسبات،خطای ناشی از محدودیت تنظیم گذاری رله خطای ستجش رله و غیره ،که گاهاً روی هم جمع شده و امکان آن دارد که برد رله تا آن سوی رله بعدی (مقطع بعدی خط) توسعه یافته و حالت حفاظت انتخابی را دچار مشکل نماید، باعث میشود از روی احتیاط،حدود 15 تا 20 عقب نشینی را جایز بدانیم و زون نخست را بیش از 85 در صد مقطع مورد حفاظت قرار ندهیم . 15 در صد باقی مانده خط،که به عهده زون دوم رله واگذار میشود و با تأخیر بیشتری قطع می‌گردد، اصطلاحاً به زون مرده ( Dead zone) معروف است . زون دوم این رله معمولاً 20 در صد از قسمت بعدی خط را می‌پوشاند و زون‌های حتی بعدی نیز بستگی به شرایط شبکه و هنر تنظیم گذاری دارد .
در رله دیستانس،هر زون زمان عمل مخصوص به خود را دارد تا عملکرد هر زون از زون‌های دیگر قابل تمیز باشد ضمن آنکه برای رله های دیستانس پشت سر هم،تداخل به وجود نیاید . معمولاً این زمان ها برای زون اول لحظه ای (حدود یک سیکل یا 20 میلی ثانیه)، زون دوم 6 /0 ثانیه، زون سوم 2/1 ثانیه، و زون چهارم 8/1 ثانیه تنظیم میشود .
طراحی یک رله دیستانس معمولاً بر اساس اتصال کوتاه سه فاز صورت می‌گیرد و بنابراین برای انتقال کوتاههای با زمین ( یک فار یا دو فاز و یا سه فاز با زمین ) و منطبق شدن نواحی عملکرد رله در اتصالی های مختلف لازم است که شرایط سیستم زمین هم لحاظ گشته در رله به صورن یک تنظیم با عنوان ضریب زمین قرار داده شود البته گفتنی است که در دقیق ترین رله ها نیز این انطباق به صورت 100 درصد به دست نمی‌آید و مشخصه عملکرد آنها برای انفالی کوتاههای فازی و اتصالی های با زمین اندکی متفاوت است . مقدار ضریب زمین،به صورت زیر محاسبه میشود ؛
X0 راکتانس مؤلفه صفر و X1 راکتانس مؤلفه مثبت است . نسبت نیز با ضریب K تعریف میشود و معمولاً برای تمام المان های شبکه و از جمله خط ثابت و ضریب کمپنزاسیون یا جبران معروف است. این ضریب برای خطوط 33 کیلو ولت برابر 5/2 میباشد و در رله های دیستانس به عنوان پارامتری جهت سنحش صحیح تر اتصالی های زمین بکار می‌رود.رابطه وK نیز از رابطه فوق بدست می‌آید؛
لذا مقدار ضریب زمین یک خط 63کیلو ولت با مشخصه چنین خواهد شد؛
نوسان فدرت و حفاظت رله دیستانس در مقابل آن(Power Swing blocking):
وقتی در بارگیری از یک خط از دو یا چند سو تغذیه، تغییر شدید و ناگهانی رخ میدهد، در شکل ولتاژی شبکه، نوسانی ایجاد میکند که به نوسان قدرت تعبیر میشود در برخی حالات می‌تواند تحریک رله دیستانس و فرمان بی مورد آن را باعث شود . به طور کلی نوسان در یک شبکه فشار قوی، ناشی از نویانات موج ولتاژ ژنراتورهای موجود نسبت به یکدیگر بوده و می‌تواند در شرایط بروز اتصال کوتاه و یا ضربه های حاصل از خروج و یا ورود بارهای سنگین به وجود آید،در عین آن که پیدایش این شرایط در شبکه نباید موجب عملکرد رله ها و قطع های ناخواسته و ناپایدار شدن سیستم گردد و از این نظر لازم است که رله های دیستانس،بین این پدیده و اتصال کوتاهها تفاوت قائل شده و عکس العمل های مناسب را در هر مورد از خود ظاهر سازند .
پدیده نوسان قدرت به صورت بر هم خوردن تعادل سه فاز شکل می‌گیرد به نحوی که می‌توان آن را مشابه چرخش ولتاژهای منابع طرفین نسبت به یکدیگر فرض نمود . رله دیستانسی که در طرف ژنراتور G منصوب است، امپدانس را دریافت میکند و این امپدانس از لحاظ مقدار و زاویه تغییرات وسیعی دارد . تغییر مکان هندسی این امپدانس و بویژه آنجا که از مقادیر تنظیمی‌رله کمتر میشود،به مثابه اتصالی تعبیر و باعث عمل آن می‌گردد .
اما آن چه که پدیده نوسان قدرت را از اتصال کوتاه متمایز می‌گرداند آن است که در نوسان قدرت،تغییر امپدانس به کندی صورت می‌گیرد در حالی که در صورت رخداد اتصال کوتاه کاهش امپدانس تقریبا لحظه ای است و همین تفاوت اساس تکنیک رله ( Power Swing Blocking ) را تشکیل داده است . نیز به آن جهت که پدیده نوسان قدرت به صورت یکسان و هم نواخت در هر سه فاز اتفاق میافتد بنابراین می‌توان آن را در یک فاز مبنا مورد سنجش قرار داد در عین آنکه مشخصه یک فاز رله دیستانس نیز با تنظیمی‌جدید ( امپدانس بلوکه کنندگی در برابر نوسان قدرت = ZP.S.B ) کافی خواهد بود . و البته ابن تنظیم باید بیشتر از امپدانس عملکرد زون سوم رله دیستانس باشد . حال،زمان تاخیری لازم برای آن که این نوسان قدرت زمان حد فاصل بین دو مشخصه (مشخصه امپدانس زون سوم و مشخصه ZP.S.B) را لازم بپیماید، اندازه گیری شده و با زمان عمکرد زون سوم مقایسه میشود و اگر این زمان طولانی تر از آن باشد مبین آن خواهد بود که پدیده نوسان قدرت اتفاق افتاده و لازم است که مدار فرمان قطع باز شود و به عبارتی دیگر رله دیستانس بلوکه گردد و چنانچه این زمان کوتاهتر از زمان تنظیمی‌زوم سوم باشد در آن صورت شرایط خطا ( اتصالی ) پیش آمده و می‌باید رله دیستانس فرمان طبیعی خود را صادر نماید .
معمولاً Zp.s.b را تا آنجا بزرگ انتخاب میکنند که حتی‌المقدور از بارهای سنگین (امپدانس کم) تمیز داده شود . ضمناً لازم است که زمان تاخیری رله P.S.b کوتاهتر از سریعترین زمان نوسان قدرت انتخاب شود .
رله دوباره وصل کن :
اطلاعات آماری اتصالی های واقع شده روی خطوط تا سطح 63 کیلوولت حاکی از آن است که حدود 20 درصد آنها اتصالی های گذرا هستند و بنابراین در این گونه خطوط نیازی به رله های دوباره وصل کن نخواهد بود . در صد های بالاتر گذرا بودن اتصالی ها مربوط به خطوط فشار قوی و فوق قوی میشود. بروز جرقه های موقت روی مقره ها، اتصالی فازها با یکدیگر در اثر باد و عبور پرندگان از بین فاز، تخلیه های موقت در اثر اضافه ولتاژها و برخورد شاخه درختان،از جمله عوامل پیدایش این گونه اتصالی ها بوده و پیداست که قطع شدن کامل خط در این موارد به صلاح نخواهد بود . در بعضی حالات مثل نردیک شدن شاخه یک درخت و ایجاد حالاتی بینابین حالاتی گذرا و دائم نیز با قطع خط توسط بریکر و وصل مجدد سریع آن مشکل بر طرف نمی‌شود . و بلکه تأخیری کوتاه لازم است تا در خلال آن،عامل بوجود آوررنده خارجی بسوزد یا به اطراف پرتاپ شود . تجربه نشان داده است که در غالب اتصالی‌ها، چنانچه خط پس از قطع توسط بریکر و پس از تأخیر زمانی کوتاهی – که منجر به زدوده شدن فضای یونیزه حاصل از جرقه میشود – محدداً (به صورت خودکار) وصل گردد،عمل وصل موفقیت آمیز خواهد بود. در خطوط فشار قوی و فوق قوی پس از به وجود آمدن اتصالی گذرا در یک فاز،حتی ضرورت نخواهد داشت که بریکر ها فرمان قطع سه فاز صادر کنند و فرمان قطع به بریکرفاز اتصالی شده و سپس وصل مجدد آن کافی بوده و این رفتار برای پایدار نگه داشتن سیستم نیز مفید خواهد بود .
کلاً در ساخت رله های دوباره وصل کن، طرحهای مختلفی بکار کرفته میشود و در محاسبات و تنظیم گذاری آنها اصطلاحات ویژه ای مورد استفاده قرار می‌گیرد،که ذیلاً به بعضی از آنها اشاره میشود؛
1- زمان جرقه :زمانی است که از لحظه جدا شدن کنتاکتهای بریکر تا خاموش شدن جرقه به طول می‌انجامد .
2- زمان وصل رله :زمانیکه این رله از لحظه اخذ فرمان ،صرف میکند تا کنتاکتهای خودرا ببندد .
3- زمان وصل:حدفاصل زمانی بین فرمان گرفتن بریکر برای وصل مجدد تا لحظه بسته شدن کنتاکتهای آن
4- زمان مرده رله (Relay dead time ):حدفاصل زمانی بین فرمان گرفتن رله برای وصل مجدد تا لحظه ای که فرمان به کنتاکتهای بریکر داده میشود (این زمان شامل زمان تأخیری وصل کنتاکتهای بریکر نمی‌شود ).
5- زمان مرده بریکر (Breaker dead time):زمانیکه بین خاموش شدن جرقه و لحظه بسته شدن مجدد کنتاکتهای بریکر صرف میشود .
6- زمان رفع یونیزاسیون :زمانیکه بعد از رفع جرقه نیاز است تا یونهای حاصل از جرقه در هوا پراکنده شوند تا پس از وصل مجدد ،تکرار جرقه اتفاق نیفتد.
7- زمان عملکرد حفاظت :حد فاصل زمانی بروز اتصالی تا بسته شدن کنتاکتهای فرمان قطع بریکر (و نه پلهای بریکر)است .
8- زمان بازیافت(Reclose time ):زمانیست که در آن ،عمل وصل موفقیت آمیز صورت می‌پذیرد. شروع این زمان، لحظه بسته شدن کنتاکتهای رله دوباره وصل کن و خاتمه آن،وصل مجدد بریکر خواهد بود .
9- زمان قطع سیستم : زمان ما بین بروز اتصالی و بسته شدن کنتاکتهای رله دوباره وصل کن در یک عمل موفق است .
10- قفل شدن ( Blocking ) : بخشی از طرح رله دوباره وصل کن است که در صورت استفاده از آن،پس از قطع مجدد بریکر از وصل مجدد آن جلوگیری میکند .
11- وصل دوباره تأخیری : طرحی که در اثر آن،رله دوباره وصل کن،پس از صدور فرمان وصل ناموفق و قطع شدن دوباره خط ( توسط رله حفاظتی ) پس از یک تأخیر (معمولاً بزرگتر از یک ثانیه و گاهاً تا 5 ثانیه ) اقدام به وصل دیگری میکند.
12- دوباره وصل کن با سرعت زیاد : طرحی است که در آن حد فاصل زمان قطع و وصل مجدد یک ثانیه میباشد .
13- وصل چندگانه : طرحی که به موجب آن، فرمان رله دوباره وصل کن تا رسیدن بریکر به مرحله قفل شدن، چند بار تکرار میشود .
14- زمان باز شدن بریکر : حد فاصل زمانی بین فرمان گرفتن و بین قطع بریکر و باز دن کمناکتهای آن است.
15- زمان عملکرد بریکر : حد فاصل زمانی بین فرمان گرفتن قطع بریکر و خاموش شدن جرقه مابین کنتاکتهای آن را گویند .
کاربرد رلع دوباره وصل کن :
در شبکه های فوق توزیع این رله معمولاً در خطوط شعاعی ( که مرکز ثقل پایداری سیستم نیست ) به کار می‌رود و می‌تواند زمان خاموشی ها را به حداقل رساند . این مورد در پستهای تحت اسکن و فاقد اپراتور اهمیت بیشتری می‌یابد و از هزینه کارکنان اضافی بویژه در مناطق دور دست می‌کاهند . همچنین در شبکه هایی که حفاظت اورکارنت و واحد (جریان زیاد آنی) دارند، می‌نوان تنظیمات را برای اتصالی های شدید حساس تر نمود تا به واسطه آن،پس از وقوع اینگونه اتصالی ها قطع آنی و سپس وصل مجدد صورت گیرد . به این ترتیب زمان استمرار جرقه به حداقل رسیده و میزان خسارت اندک شده و در پاره ای موارد از توسعه یک اتصالی گذرا به یک اتصالی دائمی‌جلوگیری شود . البته قابل ذکر آن است که استفاده از حفاظت جریان زیاد آنی در شرایطی می‌تواند موجب به هم خوردن هماهنگی رله ها شود .
در شبکه های فشار قوی و فوق قوی همانطور که گفته شد از بریکر های تک فاز سود جسته میشود و مهم ترین دلیل این انتخاب و استفاده از رله های دوباره وصل کن حفظ پایداری سیستم میباشد . در این شبکه ها که معمولاً شعاعی نیستند در صورت بروز اتصالی بریکر های طرفین خط معیوب همزمان باز می‌شوند و همین هم مشکلاتی را برای طرح های وصل مجدد بوجود می‌آورد و ایجاب میکند که منحنی پایداری سیستم حتماً مد نظر قرار گیرد .و از جمله لازم می‌آید که در آنها از حفاظت های سریع و بریکر های با سرعت بالا استفاده شود . ضمناً در تنظیم رله های دوباره وصل کن لحاظ زمان کافی برای دی یونیزاسیون محیط جرقه ضروری است و همین مسئله باعث میشود تا سطح واتاژ مدار،سرعت باد و بسیاری موارد دیگر را در محاسبات منظور کنیم و همین جاست که نوع بریکر های مورد استفاده (روغنی،گازی،بادی و غیره) نیز مطرح می‌شوند و خلاصه آن که به کار گرفتن دوباره مصل کن‌ها در سطوح فشار قوی، تخصص بالا و امکانات ویژه ای می‌طلبد.
صد تکرار (Anti pumping) :
این وسیله که به آن Anti hunting نیز اطلاق میشود،عبارت از طرح مرکبی است که در رابطه با دوباره وصل کن ها و بریکر ها به کار گرفته میشود و به موجب آن در مواقعی که اتصال کوتاه دائمی‌رخ داده و قطع و وصل ها تکرار شده و در این تکرارها زمان انجام گرفتن وصل مجدد طولانی تر از مجموع زمان عملکرد رله حفاظتی مربوطه و زمان عمل مکانیکی بریکر شوند از تکرار عملیات بریکر جلوگیری مینماید . این تکنیک برای ممانعت از عملیات قطع و وصل بریکرها در زیر جریانهای اتصال کوتاه که گاها باعث انفجار آنها می‌گردد وضع شده است . گهگاه دیده میشود که در پستهای تحت اسکن – مورد کنترل از طرق سیستم های اسکادا- در اثر اختلاط فرامین از راه دور، بریکری به قطع و صل های پشت سر هم و منهدم کننده دچار میشود و در صورت تعبیه بودن این وسیله در آن بریکر قفل میشود و از تخریب و احیاناً انفجار آن ممانعت به عمل می‌آید .
رله واتمتریک :
ایده استفاده از رله های واتمتریک از آنجا بوجود آمده که تشخیص جهت جریان مورد نظر بوده است و از آنجا که در ساختمان این رله ها ناچار به استفاده از دو پارامتر جریان و ولتاژ هستیم بنابراین رله های با ساختار دو کمیتی ( از نوع جذب کننده یا حاصل ضرب سنج ) به کار گرفته می‌شوند . در رله ضرب کننده گشتاور منتجه متناسب با توان است و با انتخاب یک زاویه جبران کننده مناسب می‌توان آن را به یک رله جهتی مبدل ساخت . توضیح آن که وقتی اتصال کوتاه اتفاق میافتد، به ویژه در اتصالیهای کوتاه با زمین،زاویه بین جریان و ولتاژ اعمال شده به رله که همان زاویه اتصال کوتاه ( Short Circuit Angle ) است،تقریباً به مشخصه خط بستگی خواهد داشت و نه به بار ؛ زیرا که در چنین شرایطی،تأثیر بار تقریباَ صفر میشود و فقط R و X خط تا نقطه اتصالی (و کمی‌هم مقاومت جرقه،که از جنسR است) باقی می‌ماند . مثلاً برای یک خط KV63 از جنس Almelec با مقطع mm2 288 با مشخصه Z =0.15+j0.4[p.k] ، مقدار زاویه اتصال کوتاه خواهد شد : بیشترین مقدار گشتاور در رله های ضرب کننده در زاویه صفر بدست می‌آید؛ یعنی وقتیکه بین جریان و ولتاژ اعمال شده به رله، زاویه‌ای وجود نداشته باشد. اما درخط موردمثال، زاویه º69 است و بنابراین متناسب با º69 Cos، این گشتاور کم خواهد شد.حال اگر درساختار له، همین زاویه º69 درجهت عکس بنحوی تعبیه شده باشد که از تأثیر زاویه خط بکاهد، گشتاور ایجاد شده در رله ماکزیمم خواهد شد. کلاً اگر زاویه خط را ø و زاویه تعبیه شده در رله را x را بنامیم، وات حاصله خواهد شد:
چنین روشی که برای حساس‌ترنمودن رله و سرع بخشیدن به عملکرد آن انجام میشود، جبران‌سازی زاویه نامیده میشود و مقدار زاویه تعبیه شده در داخل رله، بستگی به جایگاه مورد استفاده آن (نوع خط، وسطح ولتاژ آن) دارد.
بعضی از انواع این رله‌ها دارای یک سری منحنی عملکرد معکوس (inverse) هستند (همانند رله P.S.W.) و هرچه گشتاور ایجاد شده درآنها بیشتر باشد، سرعت عملکرد بیشتری خواهند داشت و به این ترتیب دو مزیت درآنها بوجود می‌آید؛
1- امکان رفع اتصال کوتاههای شدیدتر در زمان کمتر، و
2- امکان هماهنگ نمودن (coordination) رله‌های واتمتریک پشت سرهم درشبکه.
این رله‌ها را می‌توان یک فاز یا سه فاز ساخت. رله. P.S.W. ی موردبحث، از نوع تکفاز است با این تفصیل که ولتاژ آمده به ترمینالهای رله ولتاژ رزیجوآل و جریان ورودی به آن نیز جریان رزیجوآل خط میباشد و بنابراین هرگونه اتصال کوتاه با زمین – که تأثیر خود را برولتاژ و جریان رزیجوآل می‌گذرد – توسط این رله احساس میشود.
در رله P.S.W. ، جریان رزیجوآل مستقیماً به رله واتمتریک وارد نمی‌شود و ابتدائاً یک رله جریانی (بازمان ثابت) را تحریک میکند. جریان تحریک این رله را می‌توان طوری تنظیم کرد که برای همه مقادیر نشت با زمین به عمل در نیاید . وقتی جریان رزیجوآل از حد تنظیم شده فراتر رود،رله تحریک شده و با بسته شدن کنتاکت آن،تایمری بکار میافتد و پس از گذشت تاخیر لازم،مدار ولتاژ بسته میشود . همانطور که گفته شد این مدار شامل ولتاژ رزیجوآل آمده از سه P.T خط،مقاومت و خازن و بوبین ولتاژی رله واتمتریک است که به طور سری قرار گرفته است . حالا در رله واتمتریک،هر دو عامل مورد سنجش یعنی جریان رزیجوآل و ولتاژ رزیجوآل حضور دارند و این دو عامل در ساختمان رله حاصل ضرب سنج واتمتریک، گشتاورهای خود را اعمال میکنند . مقاومت و خازنی هم که ذکرشان آمد، پس فاز جبرانی را ایجاد کرده و در مجموع چنانچه گشتاور حاصل به اندازه کافی باشد، رله تحریک و در صورت استمرار اتصالی فرمان قطع صادر میشود .
با تفصیلی که فوقاً آمد، می‌توان رله P.S.W را به دلایل زیر یک رله واتمتریک زمین جهتی قلمداد نمود ؛
1- رله واتمتریک است،از آن رو که علاوه بر سنجش جریان، ولتاژ رزیجوآل را دریافت کرده و با ضرب کردن آن در جریان رزیجوآل زمین (باتوجه به هر دو زاویه خط و رله )،وات حاصله را می‌سنجد .
2- رله زمین است به دلیل آن که فقط در رابطه با اتصال های کوتاه با زمین بکار میافتد ( و نه اتصال های کوتاههای فازی )
3- جهتی است از آن رو که به جهت جریان زمین حساس است ( در نیم صفحه محور های مختصات عمل میکند و در نیمی‌دیگر بدون عکس العمل باقی می‌ماند ) .
از این رله معمو لاً به عنوان پشتیبان برای رله دیستانس تیپ RXAP که رله ای از نوع راکتانسی است استفاده میشود . در مواقعی که خط مورد استفاده از مناطق بیابانی و کوهستانی گذشته و احتمال خطر پارگی و رها شدن فاز روی مواضع سنگلاخی و پر مقاومت می‌رود و جریان گاهاً کم زمین قادر به تحریک رله دیستانس نمی‌باشد،این رله با تنظیم حساس خود می‌تواند به عمل در آمده و سنجش دقیق واتمتریک خود را انجام دهد .
رله مؤلفه منفی (Negative phase sequence relay ) :
گاهی در شبکه عیوبی بوجود می‌آید که توسط رله های معمولی قابل تشخیص نیست . مثلاً خط پارگی (Broken Wire یاOpen circuit ) که بدون ایجاد اتصالی اتفاق میافتد و این مسئله حتی از دید رله های دیستانس به دور می‌ماند . چنین مواردی تا آنجا که مربوط به خطوط و ترانس ها شود حادثه ای به بار نمی‌آورد،اما در ژنراتورها و موتورهای سه فازه وضع به صورت دیگری است .
می‌دانیم وقتی که جریانهای سه فازه،نامتقارن میشود مؤلفه منفی بوجود می‌آید . این مؤلفه با سرعت سنکرون اما در جهت مخالف گردش روتور می‌چرخد و برآیند دو میدان جریان با فرکانس دو برابر را در روتور القاء و در نتیجه گرما ایجاد میکند . گرمای حاصل از جریان مؤلفه منفی متناسب است با جریان مؤلفه منفی است و بنابراین طولانی شدن عبور این مؤلفه خطر ساز میشود و لازم است که ژنراتور را در برابر آن حفاظت نمود .
جریان مؤلفه منفی را می‌توان توسط یک رله اورکارنت تشخیص داد اما مسئله آن است که چگونه این مؤلفه را از سایر مؤلفه ها تفکیک کنیم . در این رابطه روش های مختلفی به کار گرفته شده است و رله های مؤلفه منفی موجود طرح های کم و بیش متفاوتی دارند . در یکی از روش های رایج ابتدا با استفاده از مقابل قرار دادن جریان های آمده از ترانس های جریان کاری میکنند که اگر جریان مؤلفه منفی بوجود آید در خروجی مدار تقویت شده و قابل آشکار سازی باشد و چنانچه در مدار فقط جریان مؤلفه مثیت وجود داشته باشد،تقویتی صورت نگیرد . جریان مؤلفه صفر را هم به صورتی فیلتر میکنند و رله جریانی منصوبه، با تنظیمی که دارد فقط در قبال جریانهای مؤلفه منفی به عمل در می‌آید . سربندی ثانویه ترانسهای جریان به نحوی است که از طرفی منتجه ( Ia -Ib ) و از طرفی دیگر برایند بدست می‌آید و حال چنانچه در سیستم منفی برایند این دو جریان به روش برداری رسم شود حاصلی خواهد داشت که سه برابر جریان فاز a میباشد در صورتی که در سیستم مثبت چنین مقدار قابل توجهی تولید نمی‌گردد و به این ترتیب کار برای تشخیص این مؤلفه آسان میشود .
علاوه بر طرح تفاضلی که شرح آن آمد، یک روش تکمیلی هم به کار گرفته شده است تا وقتی جریان عادی (مؤلفه مثبت) برقرار است دو سر رله اورکارنت اتصال کوتاه شود و از آن جریانی نگذرد . تفصیل این روش چنین است که بر سر راه ترانس جریان فاز A امپدانس ZA قرار داده شده و بر سر راه ترانس جریان فاز C امپدانسی ترکیبی ZA ( که مرکب از یک چوک و یک مقاومت است تعبیه شده است . ZA و ZC به لحاظ مقدار، برابر اختیار شده‌اند اما کیفیت ZC طوری است که ضریب قدرتی برابر و پس از فاز ایجاد میکند و با این حساب ترانس جزیانهای دو فاز A و C که قبلاً 120 درجه نسبت به یکدیگراختلاف فاز داشتند اینک 180 درجه اختلاف فاز خواهند داشت به عبارتی دیگر کاملا در خلاف جهت هم عمل خواهند کرد و منتجه ولتاژی آنها صفر خواهد شد و به این ترتیب نقاط P و R هم پتانسیل شده در حکم اتصال کوتاه خواهند بود و لذا جریانی از رله ZL نخواهد گذشت .اما هنگامیکه در ثانویه ترانسهای جریان ،مؤلفه منفی بوجود می‌آید ،افت ولتاژهای حاصله در دو سر ZA و ZC یکدیگر را خنثی نمی‌کنند و اختلاف پتانسیل نقاط P وR باعث عبور جریان مؤلفه منفی (که در این مدار توسط طرح تفاضلی ترانس جریانهای کمکی به سه برابر افزایش پیدا کرده است)از رله ZL و تحریک آن خواهد شد .
تجربه عملی با این مدار نشان داده است که در شرایط متقارن بودن بار ،یعنی وقتی جریان مؤلفه منفی وجود ندارد ،اگر بار را تا حدود سه برابر نیز افزایش دهیم ،رله عمل نخواهد کرد.تنها مسئله ای که باقی می‌ماند حضور جریانهای صفر است که در بعضی حالات، می‌تواند منجر به عمل نا بجای رله مؤلفه منفی شود در این خصوص،چند نکته قابل ذکر است ؛
اولاً ؛ مؤلفه صفر جریان موجب گرم شدن روتور نمی‌شود .
ثانیاً ؛ در ترکیب ژنراتور – ترانس، این جریان باعث عملکرد رله مؤلفه منفی نمی‌گردد زیرا که در این ترکیب نمیتواند به داخل ژنراتور نفوذ کند .
ثالثاً ؛ در ژنراتور تنها، جریان مؤلفه صفر گاهی منجر به عملکرد بی مورد رله منفی مؤلفه میشود و در این حالت است که از فیلتر هارمونی سوم استفاده میشود . این فیلتر عبارت از یک مدار مثلث بسته است که از عبور هارمونیک های سوم به مدار رله جلوگیری میکند .
فرمان قطع این رله نباید سریع باشد و به همین خاطر رله از نوع اورکارنت زمان معکوس انتخاب میشود ؛ دلایل این کار موارد مختلفی است از آن جمله ؛
1- مدت زمانی که یک ژنراتور می‌تواند تحت شرایط حضور مؤلفه منفی به کار خود ادامه دهد بستگی به نوع ژنراتور دارد .
2-گرمای حاصل از جریان مؤلفه منفی در روتور متناسب است باt I22. و خود این رابطه یکی از مشخصه های طبیعی ژنراتور است .
3- هر ژنراتوری حفاظتی از نوع حرارتی دارد و بنابراین فرمان رله مؤلفه منفی باید با این حفاظت هماهنگ باشد .
4- ژنراتورها معمولاً می‌توانند تا حدودی – به طور پیوسته – در مقابل نامتعادل شدن جریانهای سه فاز پایدار بمانند به همین خاطر پیدایش جریان مؤلفه منفی را به صورت درصدی بیان کرده و زمان عملکرد رله راتابعی از آن اختیار میکنند مطابق رابطه زیر :
در این رابطه جریان نامی‌ژنراتور I2 جریان مؤلفه منفی و K مقداری ثابت ( با دیمانسیون ثانیه و وابسته به مشخصه ژنراتور ) میباشد . از این رابطه ی تواند زمان مجاز عبور جریان مؤلفه منفی را به دست آورد .
تنظیم این رله را معمولاً حدود 40 درصد جریان ژنراتور قرار می‌دهند .
سنکرون کردن :
غالب اوقات بار زیاد میشود مجبور می‌شویم ژنراتور دیگری را به مدار اضافه کنیم و یا وقتی بار کم میشود بعضی از ژنراتور ها را به طور موقت از شبکه خارج نماییم . به هر حال لازمه کار موازی این ژنراتورها آن است هماهنگ ( سنکرون ) کار کنند و ولتاژ و فرکانس آنها یکسان باشد .
پیش از اتصال یک ژنراتور به یک شبکه بزرگ یا یک پارالل نمودن آن با ژنراتوری دیگر لازم است که با شبکه یا ژنراتور مورد اتصال هماهنگ شود . برای این منظور باید چهار شرط زیر برقرار شود ؛
1- فرکانس آن با فرکانس شبکه برابر باشد .
2- ولتاژ ژنراتور با ولتاژ شبکه یا ژنراتور دیگر یکسان باشد .
3- ولتاژ ژنراتور هم فاز ولتاژ شبکه ( ژنراتور ) مورد اتصال باشد .
4- توالی فاز هایشان یکسان باشد .
برای به وجود آوردن شرایط فوق اعمال زیر را انجام می‌دهیم ؛
1- سرعت رگولاتور را طوری تنظیم می‌کنیم که فر کانس خروجی ژنراتور نزدیک به فرکانس شبکه شود .
2- تحریک ژنراتور را به نحوی تنظیم می‌کنیم که ولتاژ ژنراتور ( E0 ) مساوی ولتاژ شبکه ( (E گردد .
3- اختلاف فاز ولتاژ ژنراتور و ولتاژ شبکه را به صفر می‌رسانیم .
دستگاه سنکروسکوپ به طور پیوسته اختلاف فاز بین این دو ولتاژ را نشان میدهد و سرعت حرکت عقربه آن که می‌تواند از صفر تا 360 درجه و در دو جهت چرحش کند مبین میزان این اختلاف است . صفحه سنکرونسکوپ مدرج نشده اما در آن یک نقطه صفر ( یعنی جائیکه اختلاف فاز بین دو ولتاژ E و E0 به صفر میرسد ) مشخص گردیده است در عمل وقتی می‌خواهیم عمل سنکرون کردن رت انجام دهیم عقربه سنکرونسکوپ به آهستگی در جهت راست یا چپ می‌چرخد . اگر فرکانس ژنراتور کمی‌بیشتر از فرکانس شبکه باشد عقربه در جهت حرکت عقربه های ساعت می‌چرخد و این به آن معناست که ژنراتور از حیث فرکانس تمایل به هدایت شبکه دارد و بالعکس اگر فرکانس ژنراتور کمی‌کمتر از فرکانس شبکه باشد عقربه سنکرونسکوپ در جهت عکس عقربه ها ی ساعت چرخش خواهد کرد و در این صورت لازم است دور ژنراتور را به آهستگی افزایش دهیم تا فرکانس آن با فرکانس شبکه یکسان شود . بررسی نهایی که باید انجام دهیم آن است که به ولتاژ ژنراتور نگاهی بیندازیم تا مطمئن شویم این ولتاژ مساوی ولتاژ شبکه است و اگر چنین باشد و در لحظه ای که عقربه سنکرونسکوپ به آهستگی به نقطه صفر میرسد بریکر ژنراتور را ببندیم تا ژنراتور با شبکه پارالل شود . گفتنی است که در نیروگاههایی که ژنراتورهل و کنترل کننده های مدرن دارند عمل سنکرون کردن معمولاً به صورت اتوماتیک انجام میشود .
در اینجا ذکر چند نکته در خصوص مسائل پارالل کردن ژنراتور با شبکه لازم است ؛
1- برابر نبودن فرکانس ها باعث میشود که ولتاژ ها در نقاطی با هم جمع و در نقاطی از هم کم شده و در مجموع یک فرکانس موجی پدید آید که تاثیر آن در شبکه به صورت خاموش و روشن شدن تناوبی لامپها ( با همان فرکانس موج منتجه ) خواهد بود .
2- اگر همه شرایط موازی کردن برقرار بوده ولی ولتاژها به مقدار اندکی متفاوت باشند ژنراتور بی آنکه دچار مشکل شوند خود را با شبکه تطبیق میدهد . زیرا که جریان متعادل‌کننده خودباعث برقراری سنکرونیسم میشود . روی هم رفته آن که ولتاژ کمتری دارد جریان دریافت میکند اگر ولتاژ ژنراتور کمتر باشد جریان دواته می‌گیرد و جریان اصطلاحاً به وضعیت زیر تحریک ( under – excited ) می‌رود و در صورتی که ولتاژ آن نسبت به شبکه بیشتر باشد، جریان متعادل کننده را به شبکه خواهد داد و در وضعیت فوق تحریک ( over excited ) قرار خواهد گرفت .
3- در صورت وجود اختلاف فاز بین ژنراتور و شبکه دو حالت پیش می‌آید :
1- اگر ولتاژ ژنراتور نسبت به شبکه عقب تر باشد در لحظه وصل یک جریان واته از شبکه به سمت ژنراتور سرازیر میشود و به روتور ضربه ای مکانیکی وارد می‌آورد تا با شبکه هماهنگ شود . چنانچه این ضربه شدید باشد،باعث خراب شدن یاتاقان های ژنراتور می‌گردد.
2- اگر ژنراتور نسبت به شبکه جلو افتادگی داشته باشد ژنراتور بلافاصله به شبکه جریان داده و بخشی از بار شبکه را به عهده می‌گیرد .این حالت برای ژنراتور خطر کمتری دارد و از این رو بهتر است در لحظه پارالل شدن اختلاف فاز ژنراتور نسبت به شبکه قدری مثبت باشد .
رله Synchron Check :
در پستهای فشار قوی برای وصل بریکر کوپلاژ (از آنجا که دوشینه متفاوت را به هم مرتبط می‌سازد ) نیاز به برقراری شرایط اولیه به قرار زیر است :
1- برابری نسبی ولتاژ ها در هر دو طرف بریکر ( در حالت باز ) با اختلافی قابل قبول و از پیش تنظیم شده روی رله .
2- برابری فرکانس ها .
3- صفر بودن اختلاف فاز بین ولتاژ های طرفین بریکر .
یکسان بودن جهت چرخش حوزه های دوار و به عبارتی همسو بودن توالی فازها ( Phase Sequence ) نیز برای یک پست دایر، مسلم فرض میشود . رله پس از بررسی تمام شرایط مذکور و در صورت سازگار بودن دو طرف اجازه وصل بریکر کوپلاژ را صادر میکند . گاهی صدور این اجازه موکول به وجود حداقلی از اختلاف ولتاژ ( نسبت به ولتاژ نامی‌شبکه ) میشود . برای مثال در یک نمونه از این رله ها حداقل ولتاژ مورد نیاز 45 در صد ولتاژ نامی‌تعریف شده است . در همین رله حداکثر اختلاف فرکانس های دو طرف – بسته به مدل آن – می‌تواند بین 3 تا 200 میلی ثانیه باشد . طبیعی است که برای مصرف کننده های دقیق و حساس لازم است اختلاف فرکانس( Δf ) روی حداقل تنظیم یعنیmHz3 قرار داده شود .
در این رله ها معمولاً ولتاژ هایی که در طرفین بریکر کوپلاژ اندازه گرفته میشود می‌باید نسبت به ولتاژ نامی‌از مقدار معینی کوچکتر نباشد، سوی برقدار شدن را هم می‌توان روی رله انتخاب نمود مثلا این که خط از طریق باسبار برقدار میشود و یا باسبار از طریق خط ضمن آن که می‌توان سوی برقدار شدن را در نظر نگرفت .
در حالتی که واحد بررسی کننده ولتاژ های دو طرف به کار گرفته میشود باید توجه داشت که یک خط یا باسبار راکد هم می‌تواند حاوی پتانسیل قابل ملاحظه‌ای باشد . این پتانسیل الکتریکی در اثر القاء سلفی ناشی از خطوط موازی و یا شارژ خازنی از طریق پلهای بریکر باز تولید میشود . مقدار این پتانسیل گاهاً تا 30 در صد ولتاژ نامی‌و یا حتی بیشتر هم میرسد و از این رو این مسئله را باید در رابطه با اختلاف ولتاژ مجاز دو طرف در نظر گرفت . در رله مورد مثال روی واحدی که اختلاف ولتاژهای دو طرف را بررسی میکند کلیدی وجود دارد که اپراتور می‌تواند به دلخواه یکی از وضعیت های آن را انتخاب کند و بسته به این که باسبار یا خط کدام یک بی برق است کلید را در وضعیت مربوطه قرار دهد . حالا که مختلف این کلید عبارت اند از ؛ باسبار برقدار و خط راکد،باسبار راکد و خط برقدار،باسبار برقدار و خط هم برقدار و بالاخره واحد خارج از مدار ( blocked ).
در رابطه با مسئله فوق، زمان فرمان به بریکر ( پس از تشخیص سنکرون بودن دو طرف ) هم مهم است و می‌توان زمان تأخیر در وصل را روی رله تنظیم نماید . در مورد این رله می‌توان این زمان را دو دهم ثانیه به طور ثابت تنظیم نموده و یا آن که از 1 تا 20 ثانیه متغییر کرد .
رله Synchronizing ) :
این رله برای ژنراتور ها و یا جائی که خطوط متعددی دارند توصیه میشود . در جائی که بخواهیم ژنراتوری را با یک شینه راکد و یک خط از طریق بریکر کوپلاژ پارالل کنیم در عین آن که آیتم های مطرح برای رله سنکرون چک را نیاز داریم ضروری است که در صورت هماهنگ نبودن مشخصات ژنراتور با شبکه فرمان تنظیم ولتاژ به رگولاتور ژنراتور داده شود و خروجی جدید ان بررسی و در صورت یکسان بودن مشخصات فرمان وصل صادر گردد . در یک نمونه از این رله ها امکانات زیر وجود دارد :
1- کانال های ورودی آن دوبله است و هر گونه اختلاف مقادیر هرجفت کانال ورودی باعث توقف فرمان وصل میشود و پیغام مغایرت را از طریق اندیکاتور ظاهر می‌سازد .
2- مقادیر ثابت و یا متغییر مورد تنظیم در حافظه آن ثبت میشود .
3- حافظه نسبتاً وسیعی برای ثبت ولتاژ ها،فرکانس ها و اختلاف فاز های طرفین دارد .
4- محاسبات دیجیتالی در هر مرحله به طور سریع انجام میشود و این خصوصیات باعث میشود که رله مطابق با شرایط واقعی هر لحظه سیستم،اطلاعات را ازدو طرف اخذ و برای بستن به موقع کلید کوپلاژ اقدام کند به نحوی که مجموع تأخیرهای زمانی در یافت اطلاعات،تصمیم گیری،صدور فرمان و زمان وصل مکانیکی بریکر،کوتاهتر از زمان لغزش فرکانس ها ( Slip Frequency ) باشد .
5- در صورتی که نیاز به سنکرون کردن سریع باشد،رله برای رساندن فرکانس ژنراتور به مقدار قابل قبول،پالس هایی را به رگولاتور در جهت افزایش یا کاهش دور ژنراتور صادر میکند .
6- برای ممانعت از پیش آمدن حالتی که ژنراتور متصل شده به شبکه،حالت موتوری پیدا کرده و از شبکه قدرت دریافت کند می‌توان رله را طوری تنظیم کرد که پیش از صدور فرمان وصل، فرکانس ژنراتور قدری بیشتر از فرکانس شبکه باشد .
7- روی این رله می‌توان پارامترهایی را که از دو طرف سنجش میکند (نظیر ولتاژها، فرکانس ها و اختلاف فاز ) قرائت کرد و ضمنا چنانچه فرصت وصل بریکر از دست برود،روی آن نشان داده میشود . هم چنین تعداد وصل ها و یا زمان آخرین فرمان وصل و یا نزدیک شدن به موقعیت وصل (کوچک شدن تدریجی Δφو … ) را مینماید و
رله فرکانسی – رله حذف بار ( load – Shedding ) :
فرکانس شبکه متناسب با دور ژنراتور و معکوساً متناسب با باری است که از آن اخذ میشود . در صورت افزایش بار،دور ژنراتور . در نتیجه فرکانس خروجی ان کم میشود . و از این رو،برای ثابت نگاهداشتن فرکانس سنج بسیار دقیق استفاده شود تا متناسب با بار،دور ژنراتور تغییر کند .
ساختمان یک رله فرکانسی بسیار ساده و منبع تغذیه آن نیز ولتاژ یک فاز میباشد . در نوع دیجیتالی آن، فر کانس تا هزارم هرتز نیر سنجیده میشود و از این رو می‌توان صدور فرمان های دقیق را از آن انتظار داشت و تعداد زیادی از رله های فرکانسی را با هم هماهنگ نمود .
همان طور که گفته شد،وقتی بار شبکه سنگین میشود فرکانس ژنراتور افت میکند و برای جبران آن لازم است رله فرکانسی منصوب روی ژنراتور با فرمان به گاورنر و به کارگیری سوخت زیادتر،دور و در نتیجه فرکانس خروجی را تقویت و بار شبکه را تامین کند . ولی گاهی که تولید محدود است ناچار به کم کردن بار شبکه بوده و به عبارتی نیاز به حذف بار خواهیم داشت . این حذف بار را می‌توان در سطوح ولتاژی مختلف انجام داد ؛ از جمله خروجی های KV230، ویا خروجی‌های KV63. این انتخاب، به چگونگی مشخصه پایداری سیستم برمی‌گردد. بهیمن لحاظ درغالب پست‌ها، هرقسمت (section) از باسبارهای KV230 مجهز به یک رله فرکانسی با تنظیم خاص خود است و مجموعه این تنظیمات بستگی به اهمیت و برنامه زمان بندی اعمال خاموشی ها دارد و چنانچه فرکانس از میزان تنظیمی‌هر رله کمتر شود،فرمان آن قسمت مربوطه را از مدار خارج خواهد کرد . در پست های دارای خروجی های KV 63 گاهاً یک گروه فیدر KV 63 مشمول فرمان یک رله فرکانسی میشود برای مثال در یک پست مادر با 16 فیدرKV 63 یک رله حذف بار چهار واحدی ( شامل چهار رله فرکانسی با 4 تنظیم متوالی ) تمامی16 فیدر را کنترل خواهد کرد و. به این ترتیب می‌توان فیدرهای با اولویت کمتر رادر فرکانس بالاتر و بالعکس از مدار خارج ساخت .
به طور کلی رله های فرکانسی حفظ بار را می‌توان در موارد زیر به کار برد ؛
1- برای حذف اتوماتیک ( در مواقع کمبود تولید ) به صورت دسته بندی شده و با توجه به درجه اهمیت هردسته از نقطه نظر اعمال خاموشی .
2- برای جدا کردن خطوط منشعب از یک گره ( tie ) به منظور آن که از خاموشی کل سیستم جلوگیری شود .
3- برای ایزوله کردن سیستم های کوچک دارای تولید خودی از شبکه اصلی در مواقع بروز یک خطا (fault) در شبکه اصلی به منظور ممانعت از سرایت خاموشی به سیستم کوچکتر .
4- برای حفاظت از ژنراتورهای کمکی در جاهایی که نظارت بر فرکانس می‌تواند از تحمیل خسارت به توربین ها و متعلقات آنها جلوگیری نماید .
سیستمinterlock , intertrip :
این سیستم در ارتباط با دو پست مرتبط با هم (پست مادر و پست تغذیه شونده )که وسیله قطع و وصل آنها فقط یک سری بریکر است (آنهم منصوب در پست مادر )بکار می‌رود و منظور از طراحی چنین سیستمی‌صرفه جویی در بریکرهای طرف پست تغذیه شونده است ولی استفاده از آن در بعضی موارد منجر به بروز خسارات و خطراتی میشود که گاهاً پرهیز از آنها اجتناب ناپذیر بوده و طرح را مردود می‌نمایاند.
این طرح به صورتی است که بی برق نمودن ترانسفورماتورپست تغذیه شونده،فقط با قطع بریکر kv 63 از محل پست مادر امکان پذیر است .بنابراین اگر این بریکر وصل شود (فرمان قطع از طرف پست تغذیه شونده روی آن نباشد)،ترانسفورماتور بدون هیچ مانعی برقدار خواهد شد (موجد خطر برای کسانیکه روی ترانس به کار مشغولند )و در این زمینه جز پاره ای ابتکارات کارکنان ،هیچگونه روش ایمن کننده ای وجود نخواهد داشت (بویژه در مواردیکه کابل پیلوت ارتباطی دو پست قطع میباشد ).
طرح کلی این سیستم طوریست که روابط و وابستگی های زیر بین بریکر 63هزار {A}-واقع در پست مادر و بریکر طرف 20کیلو ولت ترانس {B }برقرار است :
1- اگر بریکر A قطع شود ،بریکر B نیز قطع میشود (اینتر تریپ).
2- اگر بریکر B قطع شود ،بریکر A قطع نمی‌شود .
3- تا بریکر A وصل نشود ،بریکر B فرمان وصل نمیگیرد (اینتر لاک).
4- اگر بریکر A وصل شود ،بریکر B فقط از محل خود وصل میشود .
5- وصل بریکر A فقط از محل خود امکانپذیر است .
6- قطع بریکر A از محل خود و نیز از طرف پست تغذیه شونده (در صورت بروز اشکال در ترانسفورماتور و عملکرد رله های آن و همین طور فرمان از طریق کلید قطع اضطراری واقع در پست تغذیه شونده ) ممکن میباشد .
در این سیستم علاوه بر رله های فرعی، جمعاً از ده رله اصلی استفاده شده است(4رله در طرف پست مادر و 6رله در طرف پست تغذیه شونده ) و ارتباط این سیستم رله ای در دو پست ،از طریق یک کابل (که پیلوت نامیده )انجام میشود که شامل 4 رشته است (2رشته برای ارسال و دو رشته برای دریافت فرمان ).
تغذیه این کابلها در حالت عادی مدار از فشار ضعیف (a.c.)تامین میشود ولی چنانچه فرمانی صادر شود، ضمن برقرار بودن ولتاژa.c. ،ولتاژd.c. فرمان نیز روی ولتاژ a.c. سوار شده و به طرف دیگر ارسال میشود .
بعضی از وظایف رله های اصلی دو طرف را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد:
- آشکارسازی قطع ولتاژ d.c. (با قطع شدن ولتاژ d.c.آلارم میدهد ).
- آشکارسازی قطع ولتاژ a.c. (در صورت فقدان a.c.آلارم میدهد).
- فرستادن فرمان قطع به طرف دیگر مدار ( send).
- دریافت فرمان قطع از طرف دیگر مدار (recieve ).
- حفاظت کابل پیلوت (در صورت پارگی یا اتصالی کابل پیلوت آلارم میدهد ).
- نگهداشتن فرمان قطع روی بریکر 20کیلو ولت از طرف بریکر 63 (تا در صورت باز بودن بریکر 63 ،بریکر 20 فرمان وصل نگیرد ).
با تشریح مختصری که داده شد ،اکنون دو موردی را که برای ایمن نمودن کارکنان در مواقع کار روی ترانسفورماتور احتراز از وقوع وصل نا خواسته آن ،قابل رعایت است ،ذکر می‌کنیم :
1- رله فرستنده فرمان قطع (از طرف تغذیه شوتده به پست مادر )را می‌باید در حالت تحریک قرار داد .
2- سر کابلهای ورودی ترانس را با سیمهای نسبتاً ضخیم ،اتصال کوتاه وزمین کرد .
ضمناً در مواقع تست مدارهای حفاظتی برای جلوگیری از ارسال فرمان قطع به پست مادر، پیش از آغاز به کار عملیات ،می‌باید سر کابل پیلوت را در جعبه ترمینال باز نمود .
لازم به یاد آوری است که این گونه سیستمهای وابسته که فقط در طرف تغذیه دهنده ،بریکردارند،گاهاً بسیار آسیب پذیر می‌شوند .برقدار کردن ترانسها و موتورهای بزرگ از راه دور باعث آرک زدگی و یا انفجار می‌گردد .در مورد ترانسهای 63 کیلو ولت ،انفجار در فیدر طرف 20 کیلو ولت وبه کرات اتفاق افتاده و بررسی ها حاکی از بروز اضافه ولتاژهای وصل به هنگام کلید زنی (switching )بوده است.در نقاط مختلف جهان نیز ،تخریب موتورهای بزرگ بهنگام برقدار شدن از راه دور به دفعات گزارش شده و یکی از پدیده های مرتبت بر اینگونه انفجارها،پدیده فرو رزونانس عنوان گردیده است . به هر حال برقدار نمودن یک ترانس یا موتور بدون بار از راه دور و یا حتی تحت ولتاژ قرار دادن یک تکه کابل بدون بار،بازتاب هائی از فرکانس قدرت و یا هارمونیک ها ایجاد نموده و در پاره ای موارد منجر به پیدایش حوادث میشود . گفتنی است که در ایجاد فر کانس های تشدید یافته،طولانی شدن زمان وصل بریکر مربوطه و یا ناهماهنگی وصل پلهای آن،بی تاثیر نمی‌باشد .