e.einitabar
26th April 2011, 09:45 PM
حفاظت ديستانس
رله هاي ديستانس براي حفاظت خطوط انتقال به كار مي روند و از آنجا كه فاصله عيب را با اندازه گيري امپدانس مشخص مي كنند، بدين نام مشهور شده اند. به طور كلي وقتي اتصالي در شبكه رخ مي دهد اينگونه رله ها نقش حفاظتي خط و تعيين فاصله اتصالي تا رله را به عهده دارند. معمولا حفاظت اصلي خطوط انتقال رله هاي ديستانس و حفاظت پشتيبان اين خطوط رله هاي اضافه جريان هستند. دليل اين امر آن است كه زمان عملكرد رله هاي ديستانس بر روي خطي كه رله روي آن است بسيار كم و زمان عملكرد رله جريان زياد نسبتا زياد است.
-اصول كار رله‌هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس صرف نظر از انواع مختلف آنها بر مبناي اندازه گيري فاصله الكتريكي رله تا محل خطا كار مي كنند. در مواقعي كه حداقل جريان خطا قابل مقايسه با جريان بار باشد، اين رله ها كاربرد وسيعي پيدا مي كنند و اين از آنجا ناشي مي شود كه رله هاي ديستانس به جريان حساس نيستند، بلكه امپدانس ظاهري (فاصله الكتريكي) تا محل خطا را مي سنجند. رله هاي ديستانس داراي يك امپدانس داخلي به نام امپدانس تنظيم رله مي باشند. اين امپدانس (Z0) برابر امپدانس قسمتي از خط است كه رله بايد آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.
-ساختمان رله ديستانس:
اين رله با دو عنصر ولتاژ و جريان سروكار دارد و نسبت اين دو پارامتر را مي سنجد. يعني در اصل از دو ترانس ولتاژ و جريان تشكيل شده است. به طور كلي مي توان گفت كه يك رله ديستانس از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
1- عضو تحريك كننده 2- عضو سنجشي رله ديستانس (عضو زماني) 3- عضو جهت ياب 4- تعداد زيادي رله كمكي
طرز كار بدين صورت است كه از سيم پيچ عمل كننده (شكل 2 ) جرياني متناسب با جريان اتصال كوتاه مي گذرد و هنگاميكه جريان خطا به يك آستانه رسيد، اين سيم پيچ تحريك شده و كنتاكتهاي مربوطه را به هم وصل مي كند در نتيجه رله عمل كرده و مدار قطع مي گردد و در ضمن سيم پيچي كه سيم پيچي بازدارنده نام دارد نيروي مقاوم يا نيروي بازدارنده را توليد مي كند و باعث توليد گشتاور در خلاف جهت گشتاور حاصل از سيم پيچ عمل كننده مي گردد. لذا هر چه ولتاژ بيشتر باشد يا نقطه اتصال كوتاه از رله دورتر باشد نيروي سيم پيچ بازدارنده بيشتر شده و در اصل مقاومت ظاهري خط تا نقطه اتصالي بيشتر مي شود.
به طور كلي در يك رله ديستانس از يك تحريك جريان زياد و يك تحريك ولتاژ كم و در نتيجه از تحريك توسط امپدانس كم استفاده مي شود. در تحريك توسط جريان زياد از يك رله جريان زياد كه براي 0.8 تا 2 برابر جريان نامي ترانسفورماتور جريان قابل تنظيم است، استفاده مي شود و مي توان با توجه به نوع شبكه، در مواقعي كه نقطه صفر ستاره آن ايزوله باشد، از دو رله استفاده كرد. در مواقعي كه شبكه مستقيما به زمين وصل شده باشد از سه رله استفاده مي كنند، البته رله سوم، رله اتصال زمين مي باشد. تحريك توسط رله هاي جريان زياد در شبكه هايي قابل استفاده است كه حداقل جريان اتصال كوتاه فازي از ماكزيمم جريان كار عادي و نرمال شبكه بيشتر باشد. ولي در تحريك توسط امپدانس كم نبايد حداقل جريان اتصال كوتاه از ماكزيمم جريان عادي شبكه بيشتر شود. تحريك كننده امپدانس كم نسبت ولتاژ و جريان را مي سنجد.
-انواع رله هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس با توجه به «امپدانس تنظيم» عمل مي كنند. اين امپدانس مقداري مختلط است در نتيجه داراي دامنه و فاز خواهد بود. با توجه به اين موضوع مي توان محدوده عملكرد رله ها را در صفحه مختلط R-X توسط يك منحني بيان نمود.
يك رله ديستانس با هر نوع منحني مشخصه اي داراي سه ناحيه حفاظتي مي باشد. در ناحيه 1 معمولا امپدانس معادل 80 % خط اول (خط اصلي) تنظيم مي شود و زمان عملكرد آن خيلي سريع يعني حدود 0.01 ثانيه است و به عنوان حفاظت اصلي خط به كار مي رود. علت اينكه كل خط اصلي به عنوان ناحيه اول انتخاب نمي شود آن است كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان به عنوان تنظيم ناحيه اول انتخاب نمي شود آنست كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان يا ولتاژ عملكرد اين رله با رله روي خط بعدي همزمان نباشد.
امپدانس تنظيم ناحيه دوم رله معمولا برابر كل امپدانس خط اصلي به اضافه حدود 50% امپدانس خط بعدي است و زمان عملكرد آن حدود 0.4 ثانيه است. ناحيه سوم رله ديستانس داراي امپدانس تنظيمي برابر كل خط به اضافه كل خط دوم به علاوه حدود 25% خط سوم است. بديهي است زمان عملكرد اين ناحيه حدود 0.8 ثانيه است.
در زير انواع مختلف مشخصه ها را مختصرا ذكر مي كنيم:
1- رله ديستانس با مشخصه امپدانسي يا تخت
اين رله ساده ترين رله از نظر ساختمان و عملكرد مي باشد. مشخصه اين رله دايره اي است كه مركز آن مبدا مختصات و شعاع آن به اندازه قدر مطلق امپدانس تنظيم آن (ZS) مي باشد. در شكل (3) مشخصه اين رله نشان داده شده است. در اين شكل
زاويه امپدانس خط AB است. اين رله فقط به دامنه امپدانس رله تا محل خطا حساس است و براي خطاهاييكه قدر مطلق امپدانس رله تا آن خطا كمتر از l ZS l باشند صرفنظر از جهت جريان خطا عمل مي كند.
با توجه به شكل رله براي خطاهاي AB (در جهت ديد رله ) و BC (در پشت سر رله) عمل مي نمايد كه اين عملكرد بزرگترين عيب اين رله است زيرا همانند رله هاي غير جهت دار عمل مي كند. از اينرو هماهنگي اين رله ها با يكديگر مشكل و در بعضي موارد غير ممكن است به همين دليل اين رله را هيچگاه به تنهايي مورد استفاده قرار نمي دهند و همواره به همراه رله هاي ديگر كه در ادامه شرح داده مي شود از آن استفاده مي گردد. معادله اين رله عبارت است از Z= l ZS l ؛ اين معادله دايره اي است كه در شكل (3) نشان داده شده است.
براي آنكه بتوان اين رله را به تنهايي مورد استفاده قرار داد بايد آنرا جهت دار كرد. براي اينكار بايد محدوده عملكرد اين رله را تا حد ممكن در ناحيه اول مختصات قرار دهيم. بهترين زاويه مشخصه المان جهت دار با امپدانس تنظيمي خط مورد حفاظت در حدود 90 درجه مي باشد. شكل (4) مشخصه رله امپدانسي جهت دار را نشان مي دهد.
معايب اين رله را ميتوان در موارد زير خلاصه نمود:
1- اين رله جهت خطا را تشخيص نمي دهد و در نتيجه استفاده از يك المان جهت دار در آن ضروري است.
2- اين رلهع بر اثر مقاومت قوس محل خهطا مي تواند عملكرد اشتباه داشته باشد، زيرا بر اثر مقاومت قوس، بردار امپدانس خطا در روي محور R ها در جهت مثبت كشيده مي شود و با اين كار ممكن است خطا از محدوده عمل اين رله خارج شود.
3- به علت پوشانده شدن محدوده وسيعي از صفحه مختلط توسط مشخصه اين رله، عملكرد آن به مقدار زيادي به نوسانات قدرت حساس است. به عبارت ديگر مكان هندسي امپدانس بهنگام نوسانات قدرت پايدار (قابل برگشت به وضع عادي) داخل مشخصه عملكرد رله قرار مي گيرد و سبب عملكرد رله مي شود.
4- رله ديستانس با مشخصه افست مهو
همانطور كه از مشخصه اين رله پيداست، علاوه بر در بر گرفتن خط مورد حفاظت در جهت ديد خود، قسمتي از خط پشت سر خود را نيز مي پوشاند. مشخصه افست (قسمتي كه پشت سر خود را مي بيند) معمولا براي هنگامي استفاده مي شود كه رله مي خواهد پشت سر خود را نيز ببيند و آن وقتي است كه مثلا رله اصلي شينه عمل نكرده است و اين رله به عنوان پشتيبان براي ناحيه پشت سر خود عمل مي كند. بنابراين لازم است فقط ناحيه سوم رله مطابق شكل8 داراي افست باشد.
5- رله ديستانس با مشخصه راكتانسي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم موازي با محور افقي است كه داراي راكتانس ثابتي مي باشد و در صورتيكه راكتانس محل وقوع خطا تا رله كمتر از رآكتانس تنظيمي باشد، رله عمل خواهد كرد. به علت وجود مشخصه خاص اين رله فقط حساس به راكتانس بوده و مقاومت خطا روي آن هيچگونه اثري ندارد. رله به صورت معمولي آن براي تمام خطاهاي پشت سر خود و حتي براي شرايط كار نرمال و نوسان قدرت عمل خواهد كرد. در واقع اين رله براي محدود كردن گستره عملكرد رله هاي ديگر نظير رله امپدانسي بكار مي رود. معادله اين رله X=XS=Cte مي باشد؛ X راكتانس امپدانس خطا و XS راكتانس امپدانس تنظيم رله است. منحني مشخصه رله راكتانسي مطابق شكل (9-5) مي باشد و تنظيم رله متناسب با راكتانس درصد پوشش خط (XS ) است. در اينجا اگر راكتانس ديده شده به وسيله رله كمتر از XS باشد، رله عمل مي كند و اگر بيشتر از آن باشد، رله عمل نخواهد كرد. همانطور كه از مشخصه اين رله استنباط مي شود افزايش مقاومت ديده شده خطا، تاثيري در عملكرد رله نخواهد داشت. افزايش مقدار مقاومت باعث مي شود كه انتهاي بردار امپدانس، انتقال پيدا كند و در نتيجه باز هم در ناحيه عملكرد رله قرار مي گيرد. به همين دليل اين رله نسبت به مقاومت خط يا اثر مقاومت جرقه حساس نمي باشد.
6- رله ديستانس با مشخصه اهمي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم مي باشد كه ضريب زاويه آن مي تواند تغيير كند. همانند رله رآكتانسي اين رله به تنهايي به كار نمي رود بلكه براي محدود كردن مشخصه ديگر رله ها به كار برده مي شود.
7- رله ديستانس با مشخصه كواد (چهارگوش)
رله كواد يك رله راكتانسي محدود شده است. اگر تعداد وروديهاي رله استاتيكگي را زياد كنيم مشخصه رله چهار گوش را بدست مي آوريم. شكل (11-5) مشخصه رله كواد يا چهار گوش را نشان مي دهد. همانگونه كه در شكل ديده مي شود يكي از محاسن اين رله آن است كه به راكتانس خطا تا محل رله حساس مي باشد كه البته با توجه به امتداد اين مشخصه در جهت محور R ها مي توان مقاومت محل قوس را نيز در تنظيم رله در نظر گرفت.
رله هاي ديستانس براي حفاظت خطوط انتقال به كار مي روند و از آنجا كه فاصله عيب را با اندازه گيري امپدانس مشخص مي كنند، بدين نام مشهور شده اند. به طور كلي وقتي اتصالي در شبكه رخ مي دهد اينگونه رله ها نقش حفاظتي خط و تعيين فاصله اتصالي تا رله را به عهده دارند. معمولا حفاظت اصلي خطوط انتقال رله هاي ديستانس و حفاظت پشتيبان اين خطوط رله هاي اضافه جريان هستند. دليل اين امر آن است كه زمان عملكرد رله هاي ديستانس بر روي خطي كه رله روي آن است بسيار كم و زمان عملكرد رله جريان زياد نسبتا زياد است.
-اصول كار رله‌هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس صرف نظر از انواع مختلف آنها بر مبناي اندازه گيري فاصله الكتريكي رله تا محل خطا كار مي كنند. در مواقعي كه حداقل جريان خطا قابل مقايسه با جريان بار باشد، اين رله ها كاربرد وسيعي پيدا مي كنند و اين از آنجا ناشي مي شود كه رله هاي ديستانس به جريان حساس نيستند، بلكه امپدانس ظاهري (فاصله الكتريكي) تا محل خطا را مي سنجند. رله هاي ديستانس داراي يك امپدانس داخلي به نام امپدانس تنظيم رله مي باشند. اين امپدانس (Z0) برابر امپدانس قسمتي از خط است كه رله بايد آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.
-ساختمان رله ديستانس:
اين رله با دو عنصر ولتاژ و جريان سروكار دارد و نسبت اين دو پارامتر را مي سنجد. يعني در اصل از دو ترانس ولتاژ و جريان تشكيل شده است. به طور كلي مي توان گفت كه يك رله ديستانس از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
1- عضو تحريك كننده 2- عضو سنجشي رله ديستانس (عضو زماني) 3- عضو جهت ياب 4- تعداد زيادي رله كمكي
طرز كار بدين صورت است كه از سيم پيچ عمل كننده (شكل 2 ) جرياني متناسب با جريان اتصال كوتاه مي گذرد و هنگاميكه جريان خطا به يك آستانه رسيد، اين سيم پيچ تحريك شده و كنتاكتهاي مربوطه را به هم وصل مي كند در نتيجه رله عمل كرده و مدار قطع مي گردد و در ضمن سيم پيچي كه سيم پيچي بازدارنده نام دارد نيروي مقاوم يا نيروي بازدارنده را توليد مي كند و باعث توليد گشتاور در خلاف جهت گشتاور حاصل از سيم پيچ عمل كننده مي گردد. لذا هر چه ولتاژ بيشتر باشد يا نقطه اتصال كوتاه از رله دورتر باشد نيروي سيم پيچ بازدارنده بيشتر شده و در اصل مقاومت ظاهري خط تا نقطه اتصالي بيشتر مي شود.
به طور كلي در يك رله ديستانس از يك تحريك جريان زياد و يك تحريك ولتاژ كم و در نتيجه از تحريك توسط امپدانس كم استفاده مي شود. در تحريك توسط جريان زياد از يك رله جريان زياد كه براي 0.8 تا 2 برابر جريان نامي ترانسفورماتور جريان قابل تنظيم است، استفاده مي شود و مي توان با توجه به نوع شبكه، در مواقعي كه نقطه صفر ستاره آن ايزوله باشد، از دو رله استفاده كرد. در مواقعي كه شبكه مستقيما به زمين وصل شده باشد از سه رله استفاده مي كنند، البته رله سوم، رله اتصال زمين مي باشد. تحريك توسط رله هاي جريان زياد در شبكه هايي قابل استفاده است كه حداقل جريان اتصال كوتاه فازي از ماكزيمم جريان كار عادي و نرمال شبكه بيشتر باشد. ولي در تحريك توسط امپدانس كم نبايد حداقل جريان اتصال كوتاه از ماكزيمم جريان عادي شبكه بيشتر شود. تحريك كننده امپدانس كم نسبت ولتاژ و جريان را مي سنجد.
-انواع رله هاي ديستانس:
رله هاي ديستانس با توجه به «امپدانس تنظيم» عمل مي كنند. اين امپدانس مقداري مختلط است در نتيجه داراي دامنه و فاز خواهد بود. با توجه به اين موضوع مي توان محدوده عملكرد رله ها را در صفحه مختلط R-X توسط يك منحني بيان نمود.
يك رله ديستانس با هر نوع منحني مشخصه اي داراي سه ناحيه حفاظتي مي باشد. در ناحيه 1 معمولا امپدانس معادل 80 % خط اول (خط اصلي) تنظيم مي شود و زمان عملكرد آن خيلي سريع يعني حدود 0.01 ثانيه است و به عنوان حفاظت اصلي خط به كار مي رود. علت اينكه كل خط اصلي به عنوان ناحيه اول انتخاب نمي شود آن است كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان به عنوان تنظيم ناحيه اول انتخاب نمي شود آنست كه به واسطه خطاهاي ناشي از ترانسفورماتور جريان يا ولتاژ عملكرد اين رله با رله روي خط بعدي همزمان نباشد.
امپدانس تنظيم ناحيه دوم رله معمولا برابر كل امپدانس خط اصلي به اضافه حدود 50% امپدانس خط بعدي است و زمان عملكرد آن حدود 0.4 ثانيه است. ناحيه سوم رله ديستانس داراي امپدانس تنظيمي برابر كل خط به اضافه كل خط دوم به علاوه حدود 25% خط سوم است. بديهي است زمان عملكرد اين ناحيه حدود 0.8 ثانيه است.
در زير انواع مختلف مشخصه ها را مختصرا ذكر مي كنيم:
1- رله ديستانس با مشخصه امپدانسي يا تخت
اين رله ساده ترين رله از نظر ساختمان و عملكرد مي باشد. مشخصه اين رله دايره اي است كه مركز آن مبدا مختصات و شعاع آن به اندازه قدر مطلق امپدانس تنظيم آن (ZS) مي باشد. در شكل (3) مشخصه اين رله نشان داده شده است. در اين شكل
زاويه امپدانس خط AB است. اين رله فقط به دامنه امپدانس رله تا محل خطا حساس است و براي خطاهاييكه قدر مطلق امپدانس رله تا آن خطا كمتر از l ZS l باشند صرفنظر از جهت جريان خطا عمل مي كند.
با توجه به شكل رله براي خطاهاي AB (در جهت ديد رله ) و BC (در پشت سر رله) عمل مي نمايد كه اين عملكرد بزرگترين عيب اين رله است زيرا همانند رله هاي غير جهت دار عمل مي كند. از اينرو هماهنگي اين رله ها با يكديگر مشكل و در بعضي موارد غير ممكن است به همين دليل اين رله را هيچگاه به تنهايي مورد استفاده قرار نمي دهند و همواره به همراه رله هاي ديگر كه در ادامه شرح داده مي شود از آن استفاده مي گردد. معادله اين رله عبارت است از Z= l ZS l ؛ اين معادله دايره اي است كه در شكل (3) نشان داده شده است.
براي آنكه بتوان اين رله را به تنهايي مورد استفاده قرار داد بايد آنرا جهت دار كرد. براي اينكار بايد محدوده عملكرد اين رله را تا حد ممكن در ناحيه اول مختصات قرار دهيم. بهترين زاويه مشخصه المان جهت دار با امپدانس تنظيمي خط مورد حفاظت در حدود 90 درجه مي باشد. شكل (4) مشخصه رله امپدانسي جهت دار را نشان مي دهد.
معايب اين رله را ميتوان در موارد زير خلاصه نمود:
1- اين رله جهت خطا را تشخيص نمي دهد و در نتيجه استفاده از يك المان جهت دار در آن ضروري است.
2- اين رلهع بر اثر مقاومت قوس محل خهطا مي تواند عملكرد اشتباه داشته باشد، زيرا بر اثر مقاومت قوس، بردار امپدانس خطا در روي محور R ها در جهت مثبت كشيده مي شود و با اين كار ممكن است خطا از محدوده عمل اين رله خارج شود.
3- به علت پوشانده شدن محدوده وسيعي از صفحه مختلط توسط مشخصه اين رله، عملكرد آن به مقدار زيادي به نوسانات قدرت حساس است. به عبارت ديگر مكان هندسي امپدانس بهنگام نوسانات قدرت پايدار (قابل برگشت به وضع عادي) داخل مشخصه عملكرد رله قرار مي گيرد و سبب عملكرد رله مي شود.
4- رله ديستانس با مشخصه افست مهو
همانطور كه از مشخصه اين رله پيداست، علاوه بر در بر گرفتن خط مورد حفاظت در جهت ديد خود، قسمتي از خط پشت سر خود را نيز مي پوشاند. مشخصه افست (قسمتي كه پشت سر خود را مي بيند) معمولا براي هنگامي استفاده مي شود كه رله مي خواهد پشت سر خود را نيز ببيند و آن وقتي است كه مثلا رله اصلي شينه عمل نكرده است و اين رله به عنوان پشتيبان براي ناحيه پشت سر خود عمل مي كند. بنابراين لازم است فقط ناحيه سوم رله مطابق شكل8 داراي افست باشد.
5- رله ديستانس با مشخصه راكتانسي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم موازي با محور افقي است كه داراي راكتانس ثابتي مي باشد و در صورتيكه راكتانس محل وقوع خطا تا رله كمتر از رآكتانس تنظيمي باشد، رله عمل خواهد كرد. به علت وجود مشخصه خاص اين رله فقط حساس به راكتانس بوده و مقاومت خطا روي آن هيچگونه اثري ندارد. رله به صورت معمولي آن براي تمام خطاهاي پشت سر خود و حتي براي شرايط كار نرمال و نوسان قدرت عمل خواهد كرد. در واقع اين رله براي محدود كردن گستره عملكرد رله هاي ديگر نظير رله امپدانسي بكار مي رود. معادله اين رله X=XS=Cte مي باشد؛ X راكتانس امپدانس خطا و XS راكتانس امپدانس تنظيم رله است. منحني مشخصه رله راكتانسي مطابق شكل (9-5) مي باشد و تنظيم رله متناسب با راكتانس درصد پوشش خط (XS ) است. در اينجا اگر راكتانس ديده شده به وسيله رله كمتر از XS باشد، رله عمل مي كند و اگر بيشتر از آن باشد، رله عمل نخواهد كرد. همانطور كه از مشخصه اين رله استنباط مي شود افزايش مقاومت ديده شده خطا، تاثيري در عملكرد رله نخواهد داشت. افزايش مقدار مقاومت باعث مي شود كه انتهاي بردار امپدانس، انتقال پيدا كند و در نتيجه باز هم در ناحيه عملكرد رله قرار مي گيرد. به همين دليل اين رله نسبت به مقاومت خط يا اثر مقاومت جرقه حساس نمي باشد.
6- رله ديستانس با مشخصه اهمي
مشخصه اين رله يك خط مستقيم مي باشد كه ضريب زاويه آن مي تواند تغيير كند. همانند رله رآكتانسي اين رله به تنهايي به كار نمي رود بلكه براي محدود كردن مشخصه ديگر رله ها به كار برده مي شود.
7- رله ديستانس با مشخصه كواد (چهارگوش)
رله كواد يك رله راكتانسي محدود شده است. اگر تعداد وروديهاي رله استاتيكگي را زياد كنيم مشخصه رله چهار گوش را بدست مي آوريم. شكل (11-5) مشخصه رله كواد يا چهار گوش را نشان مي دهد. همانگونه كه در شكل ديده مي شود يكي از محاسن اين رله آن است كه به راكتانس خطا تا محل رله حساس مي باشد كه البته با توجه به امتداد اين مشخصه در جهت محور R ها مي توان مقاومت محل قوس را نيز در تنظيم رله در نظر گرفت.