آشنایی با رله های حفاظت

توسط امیرمسعود آخرین ویرایش ژانویه 26, 2023

همه ما خواهان یک سیستم الکتریکی با عملکرد روان هستیم، چه خانه، چه محل کار یا هر مکان دیگری. یک مشکل و یک خطای الکتریکی ممکن است بر اجزای یک سیستم الکتریکی تأثیر بگذارد و ممکن است مشکلات دیگری نیز رخ دهد. رله های حفاظتی در سیستم برق منبع تغذیه گنجانده شده است تا هر گونه عیب زودتر تشخیص داده شود و عملکرد عادی سیستم با مشکل مواجه نشود.

رله حفاظتی وسیله ای اتوماتیک است که وضعیت غیرعادی مدار الکتریکی را حس کرده و کنتاکت های آن را می بندد. این کنتاکت‌ها در نوبت مدار سیم پیچ قطع کننده مدار را می‌بندند و کامل می‌کنند، از این رو کلید مدار را برای قطع بخش معیوب مدار الکتریکی از بقیه مدار سالم خاموش می‌کنند.

رله الکتریکی و کاربرد آن

رله یک جزء شناخته شده و پرکاربرد آموزشگاه فنی است. کاربردها از سیستم های کنترل پانل کلاسیک گرفته تا رابط های مدرن بین ریزپردازنده های کنترلی و مدارهای قدرت آنها یا هر برنامه کاربردی که در آن جداسازی گالوانیکی قابل اعتماد بین مدارهای مختلف مورد نیاز است، متغیر است. اگرچه رله الکترومکانیکی و فناوری آن به عنوان یک جزء نسبتاً ساده در نظر گرفته می شود، پیچیده است و اغلب اشتباه درک می شود.

اولین رله های الکتریکی در دهه 1830 توسعه یافتند، از لحاظ تاریخی، رله‌های الکتریکی اغلب با آهن‌رباهای الکتریکی ساخته می‌شدند، که امروزه نیز استفاده می‌شوند، اگرچه برای برخی کاربردها رله‌های حالت جامد ترجیح داده می‌شوند اما تفاوت اساسی بین رله های الکترومغناطیسی و حالت جامد وجود دارد.

الکترومغناطیس ها انرژی بیشتری نسبت به همتایان حالت جامد خود حفظ می کنند.

یکی از دلایلی که یک رله الکتریکی ابزار محبوبی برای برقکاران و مهندسان است این است که می تواند خروجی الکتریکی را که بالاتر از ورودی الکتریکی دریافتی است کنترل کند. به عنوان مثال اگر جرقه به طور مستقیم به باتری وصل شود، برای اتصال ستون فرمان به باتری به سیم کشی عایق کاری سنگین نیاز است و سوئیچ احتراق نیز باید بسیار قوی تر باشد.

مدارهای مختلفی را می توان به یک رله الکتریکی متصل کرد. رله‌ها می‌توانند به عنوان تقویت‌کننده انرژی الکتریکی، مانند نمونه خودرو، استفاده شوند، و همچنین می‌توانند به سوئیچ‌های هشدار متصل شوند، زمانی که مدار قطع می‌شود و زنگ هشدار را به راه می‌اندازند، فعال می‌شوند.

رله حفاظتی چیست

رله های حفاظتی بیش از 150 سال پیش کشف شدند. با استفاده از رله ها تابلوهای برق صنعتی قادر به تشخیص هر گونه عیب در سیستم الکتریکی است. رله می تواند مدار شکن را طوری هدایت کند که هر عنصر معیوب در سیستم جدا شود. یک رله محافظ می تواند در سیستم الکتریکی نصب شود تا شرایط غیرعادی در مدارها را پیگیری کند.

رله می تواند پیکربندی الکتریکی را اندازه گیری کند و می تواند بفهمد که آیا سیستم دارای شرایط معیوب یا عادی است. برخی از متغیرهای یک سیستم الکتریکی ممکن است شامل فرکانس، ولتاژ، جریان، امپدانس و زاویه فاز باشد. هنگامی که یک متغیر در اندازه گیری خود تغییر می کند، سیگنال خطا به همراه محل و نوع آن به رله های حفاظتی ارسال می شود.

هنگامی که یک رله حفاظتی خطا را تشخیص داد، به طور خودکار عمل می کند و مدار قطع کننده قطع کننده را می بندد. به این ترتیب مدار معیوب از سیستم جدا شده و کلید مدار باز می شود.

موارد استفاده رله حفاظتی

همانطور که قبلاً گفته شد، رله های حفاظتی سیستم قدرت ممکن است سیستم الکتریکی را از مشکلات معیوب محافظت کنند. این سیستم می تواند مسائل معیوب و خطوط الکتریکی را شناسایی و مکان یابی کند و همچنین می تواند به طور خودکار اقدامات حفاظتی و اقدامات مدار کنترل را آغاز کند.

امروزه رله های محافظ ممکن است از چندین رله مختلف ترکیب شده باشند. این رله ها ممکن است انواع مختلفی از محرک ها را نیز داشته باشند و ممکن است جنبه های مختلف سیستم را کنترل کنند. رله یک سیستم ممکن است به ورودی های مشخص شده خاصی پاسخ دهد و ترکیبی با انواع مختلفی از مسائل و شرایط سروکار دارد.

نحوه کار رله های حفاظتی

انواع مختلف رله ممکن است سیستم های محرک خاص خود را داشته باشند. آنها ممکن است بر اساس تفاوت در امپدانس، ولتاژ، جریان، و سایر جنبه ها و پارامترهای یک سیستم الکتریکی عمل کنند. یک رله حفاظتی عمدتاً به عنوان سنسور عمل می کند. ممکن است محل خطا را پیدا کند و سپس سیگنال عملکرد مدار شکن را بدهد.

قطع کننده مدار سیستم معیوب را از سایر قسمت های سیستم قطع می کند و تداوم جریان برق مختل نمی شود. زمان‌های معیوب نیز کاهش می‌یابد، که تضمین می‌کند که سیستم می‌تواند در کمترین زمان دوباره به آرامی کار کند.

رله‌های حفاظتی ترکیبی جدید که ممکن است شامل سنسورهای مختلف باشد و انواع رله‌های محافظ ممکن است خطاها و مشکلات مختلفی را حس کنند. جای تعجب نیست که اینها رایج ترین سیستم هایی هستند که امروزه در سناریوهای مختلف به کار می روند!

رله‌های محافظ تضمین می‌کنند که از چنین تداخل‌ها و آسیب‌هایی جلوگیری می‌شود و جزء مدار معیوب و سیستم کاملاً از سیستم اصلی جدا می‌شوند. رله می تواند هر گونه آسیب به قطعات و تجهیزات الکتریکی را در موارد خرابی الکتریکی به حداقل برساند.

هنگامی که می خواهید یک سرویس و تجربه مصرف برق روان و بدون دردسر داشته باشید، باید اطمینان حاصل کنید که سیستم الکتریکی رله های محافظ را حمل می کند و شامل آن می شود.

انواع رله های حفاظتی

انواع مختلفی از رله های حفاظتی موجود است. مهم ترین و رایج ترین انواع رله حفاظتی عبارتند از:

رله های اضافه جریان

رله های اضافه جریان ممکن است از طریق جریان فعال شوند. رله دارای یک مقدار برداشت است و ممکن است زمانی شروع به کار کند که اندازه گیری و کمیت جریان از آن مقدار بیشتر شود. دو نوع رله رایج در بازار ممکن است شامل رله زمانی و رله لحظه ای باشد.

اغلب، سیستم رله ممکن است حاوی هر دوی این رله ها باشد. یکی از اشکالات رله اضافه جریان می تواند این باشد که ممکن است نوسانات جریان و خطاهای مناطق مجاور را نیز انتخاب کند.

رله های الکترومکانیکی

رله های الکترومکانیکی اولین رله های ایجاد شده هستند که امروزه در بسیاری از مکان ها هنوز مورد استفاده قرار می گیرند. یک رله محافظ الکترومکانیکی معمولاً می تواند حداکثر دو پارامتر عملکرد یا عملکرد حفاظتی را مدیریت کند. انواع پیچیده تری از رله های الکترومکانیکی (که ممکن است بر اساس تغییرات نیروهای الکترومغناطیسی الکتریکی عمل کنند) نیز ممکن است در دسترس باشند.

رله های جهت دار

رله های جهتی ممکن است با جریانی که در جهت مخالف جریان دارد فعال شوند. ممکن است تفاوت بین جریان مرجع و جریان محرک را تشخیص دهد. زاویه اختلاف فاز نیز به عنوان کمیت پلاریزه شناخته می شود. رله جهت دار ممکن است در ترکیب با رله دیگری استفاده شود تا گزینش پذیری و قابلیت سیستم رله حفاظتی بهبود یابد.

رله های دیفرانسیل

یک رله محافظ دیفرانسیل ممکن است با مقایسه تفاوت بین مقدار و مقدار جریان “ورود” و “خروج” کار کند. در صورتی که اختلاف بیشتر از مقدار پیکاپ باشد، ممکن است سیستم ایزوله شده و مدار قطع کننده فعال شود.

رله های فاصله

یک رله فاصله ممکن است با محاسبه تفاوت بین امپدانس سیستم و اختلاف جریان بین محل معیوب و محل نصب کار کند. ممکن است به تغییرات نسبت ولتاژ و جریان پاسخ دهد. رله اغلب در حفاظت از خطوط انتقال استفاده می شود.

رله های خلبانی

رله خلبان می تواند برای تعیین اینکه آیا یک خطا در داخل یا خارج از خط محافظت شده است استفاده می شود. خلبان یا کانال ارتباطی سیستم می تواند اطلاعات را بین پایانه ها انتقال دهد. عمل بعدی سیستم ممکن است بسته به محل مشکل متفاوت باشد. هنگامی که خطا در خارج از خط محافظت شده باشد، قطع کننده مدار سیستم مسدود یا جلوگیری می شود. هنگامی که مشکل در داخل خط محافظت شده (یا داخلی سیستم) باشد، قطع کننده مدار خاموش می شود.

اصطلاحات مربوط به رله حفاظتی

سطح دریافت سیگنال فعال

مقدار کمیت محرک (ولتاژ یا جریان) که در آستانه ای است که رله بالاتر از آن شروع به کار می کند.

اگر مقدار کمیت محرک افزایش یابد، اثر الکترومغناطیسی سیم پیچ رله افزایش می یابد و بالاتر از یک سطح مشخص از کمیت محرک، مکانیسم حرکت رله تازه شروع به حرکت می کند.

بازنشانی سطح

مقدار جریان یا ولتاژی که رله در زیر آن تماس های خود را باز می کند و در موقعیت اصلی قرار می گیرد.

زمان کارکرد رله

درست پس از تجاوز از سطح پیکاپ کمیت محرک، مکانیسم متحرک (به عنوان مثال دیسک چرخان) رله شروع به حرکت می کند و در نهایت در پایان مسیر خود، کنتاکت های رله را می بندد. زمانی که بین لحظه ای که مقدار فعال می شود سپری می شود از مقدار پیک آپ تا لحظه بسته شدن کنتاکت های رله فراتر می رود.

زمان تنظیم مجدد رله

زمانی که بین لحظه ای سپری می شود که کمیت محرک از مقدار تنظیم مجدد به لحظه ای که کنتاکت های رله به موقعیت عادی خود باز می گردند، کمتر می شود.

دسترسی رله

رله زمانی عمل می کند که فاصله ای که مشاهده می کند کمتر از امپدانس از پیش تعیین شده باشد. امپدانس محرک در رله تابع فاصله در رله حفاظت فاصله است. به این امپدانس یا فاصله متناظر، دسترسی رله می گویند.

طبقه بندی و دسته بندی رله های محافظتی

رله های حفاظتی سیستم قدرت را می توان به انواع مختلفی از رله ها طبقه بندی کرد. انواع رله‌های حفاظتی عمدتاً بر اساس ویژگی، منطق، پارامتر فعال‌سازی و مکانیسم عملکرد آنها است.

بر اساس مکانیسم عملکرد، رله حفاظتی را می توان به عنوان رله الکترومغناطیسی، رله استاتیک و رله مکانیکی طبقه بندی کرد. در واقع، رله چیزی نیست جز ترکیبی از یک یا چند کنتاکت باز یا بسته. همه یا برخی از کنتاکت‌های خاص رله وقتی پارامترهای فعال‌سازی روی رله اعمال می‌شوند، حالت خود را تغییر می‌دهند. یعنی کنتاکت ها باز بسته می شوند و کنتاکت ها بسته باز می شوند. در یک رله الکترومغناطیسی، این بسته شدن و باز شدن کنتاکت های رله با عمل الکترومغناطیسی یک سلونوئید انجام می شود.

در رله مکانیکی این باز و بسته شدن کنتاکت های رله با جابجایی مکانیکی سیستم تراز دنده های مختلف انجام می شود. در رله استاتیک عمل کنتاکت ها عمدتا توسط کلیدهای نیمه هادی مانند تریستور انجام می شود. در رله دیجیتالی حالت روشن و خاموش را می توان به حالت 1 و 0 اشاره کرد.

رله های حفاظتی مختلفی برای حفاظت تجهیزات سیستم قدرت مختلف که در دوره revit mep مدل می شوند، بر اساس کاربردشان استفاده می شود، در ادامه نگاهی به انواع دسته بندی رله های حفاظتی بر اساس کاربردشان خواهیم داشت

بر اساس ویژگی، رله حفاظتی را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

رله های زمان قطعی
رله های زمان معکوس با حداقل زمان معین (IDMT)
رله های لحظه ای
IDMT با inst.
سوئیچ های برنامه ریزی شده
مهار ولتاژ روی رله جریان.

رله حفاظتی را می توان بر اساس منطق رله ای به صورت زیر دسته بندی کرد:

دیفرانسیل.
عدم تعادل
جابجایی خنثی
جهت دار.
گسل زمین محدود.
بیش از حد شار.
طرح های فاصله ای
حفاظت از نوار اتوبوس.
رله برق معکوس
از دست دادن هیجان.
رله های توالی فاز منفی و غیره

رله های حفاظتی را می توان بر اساس پارامتر فعال سازی به صورت زیر دسته بندی کرد:

رله های جریان
رله های ولتاژ
رله های فرکانس
رله برق و غیره

رله های حفاظتی را می توان بر اساس کاربرد شان به صورت زیر دسته بندی کرد:

رله اولیه
رله پشتیبان

رله اولیه یا رله حفاظت اولیه اولین خط حفاظتی سیستم قدرت است در حالی که رله پشتیبان تنها زمانی کار می کند که رله اولیه در هنگام خطا کار نکند. بنابراین عملکرد رله پشتیبان کندتر از رله اولیه است.

رله ها ممکن است به هر یک از دلایل زیر عمل نکنند:

خود رله محافظ معیوب باشد
منبع تغذیه DC Trip ولتاژ رله در دسترس نباشد
سرب از پانل رله به قطع کننده مدار قطع شده باشد
سیم پیچ تریپ در قطع کننده مدار قطع یا معیوب باشد
سیگنال‌های جریان یا ولتاژ به ترتیب از ترانسفورماتورهای جریان (CT) یا ترانسفورماتورهای پتانسیل (PTs) در دسترس نباشند

از آنجایی که رله پشتیبان تنها زمانی کار می کند که رله اولیه از کار بیفتد، رله حفاظتی پشتیبان نباید چیزی مشترک با رله حفاظت اولیه داشته باشد.

چند نمونه از رله مکانیکی عبارتند از: