رله های حفاظت ژنراتور

رله های حفاظت ژنراتور

حفاظت الکتریکی

تأسیسات الکتریکی مانند شبکه های انتقال انرژی، ژنراتورها، ترانسفورماتورها و تجهیزات برقی دیگر در اثر نقصان عایق بندی و یا تضعیف استقامت الکتریکی، دینامیکی و مکانیکی آن در مقال ولتاژهای ضربه ای پیش بینی نشده و همچنین در اثر ازدیاد بیش از حد درجه حرارت دچار خطاهائی می شود که اغلب موجب قطع انرژی الکتریکی می گردد. این خطاهای الکتریکی ممکن است به صورت اتصال کوتاه، اتصال زمین، پارگی و قطع شدگی هادی ها و خرد شدن و شکستن عایق ها و غیره ظاهر شود.

قطعات و وسائلی که دچار چنین خطاهائی می شوند باید بلافاصله از شبکه ای که آنرا تغذیه می کند جدا شوند تا از ازدیاد و گسترش خطا و از کار افتادن بقیه قسمت های سالم شبکه جلوگیری گردد.

طراحی شبکه انتقال انرژی باید به گونه ای باشد که از یک پایداری و ثبات قابل قبولی برخوردار باشد. با توجه به اینکه قطع برق در مراکز صنعتی می تواند موجب زیان های جبران ناپذیری شود، باید تدابیری بکار برده شود که برق مصرف کننده ای که در اثر بروز عیب فنی از شبکه قطع شده است در کوتاهترین زمان ممکن مجدداً تأمین گردد.

در موقع پیش آمدن خطا در محلی از شبکه برق، وظیفه رله آنست که متجه خطا شده، آنرا ردیابی کرده، آنرا بسنجد و دستگاههای خبری را آماده و یا در صورت لزوم خود رأساً اقدام نموده و باعث قطع مدار الکتریکی شود. اگر خطا خطرناک باشد مصلحت در این است  که فقط همان دستگاه با قسمتی از سیم و دستگاه معیوب شده از مدار جدا شده و قسمت های بدون عیب دیگر شبکه تا موقعی که خطائی آنها را تهدید نمی کند بدون قطع برق بکار خود ادامه دهند. این نوع حفاظت، حفاظت موضعی یا محلی و یا حفاظت سلکتیو  گفته می شود.

حفاظت موضعی تنها به انتخاب صحیح وسیله حفاظتی بستگی  ندارد بلکه به طرز توزیع و سیستم انتقال نیروی برق نیز بستگی دارد.

حفاظت، کاملاً موضعی و سلکتیو را می توان فقط در شبکه ای که حداقل از دو طرف تغذیه می شود و یا در شبکه حلقوی بوجود آورد. بدیهی است که هر چه شبکه وسیعتر و مفصل تر شود تعداد دستگاههای حفاظتی نیز بیشتر و عمل حفاظت موضعی مشکلتر می گردد. به عنوان مثال در موقعی که یک اتصالی در شبکه ایجاد می شود تنها آن قسمت معیوب تحت اثر نامطلوب  ان قرار ندارد بلکه تمام دستگاههائی که از مولد برق تا محل اتصالی در مسیر جریان اتصاللی واقع شده است با جریان اتصالی که ممکن است در حدود چندین برابر جریان نامی آنها باشد در تماس بوده و چون فقط محل اتصالی شده باید از مدار قطع شود، باید دستگاههای حفاظتی که از ژنراتور تا محل اتصالی قرار دارند نسبت به هم تنظیم و هماهنگ باشند. این هماهنگی وسایل حفاظتی است که از قطع بی موقع قسمتی از شبکه جلوگیری می نماید.

بنابراین می توان نتیجه گرفت که اگر سیستم حفاظتی کاملاً صحیح طراحی و پیاده شده باشد، باید در موقع اتصالی نزدیکترین کلید به محل اتصالی عمل کند و فقط قسمت معیوب شده را از شبکه خارج نماید.

تعداد و نوع دستگاههای حفاظتی و رله ها بستگی به اهیمت دستگاه با تجهیزات شبکه ای دارد که باید حفاظت شود. مثلاً زنراتور یک نیروگاه نسبت به یک دستگاه مصرف کننده مثلاً یک پمپ آب با وسایل ایمنی و حفاظتی بیشتری مجهز است. در ضمن برق بعضی از شبکه های الکتریکی مهم و ویژه در مراکز ضنعتی و یا معادن و بیمارستانها نبایستی به هیچوجه قطع گردد. در اینگونه موارد مدار مصرف کننده ها بایستی با دستگاهههای حفاظتی ویژه ای مجهز شوند.

به لحاظ اینکه تمام دستگاههای تأسیسات برقی توسط رله حفاظت می شوند باید رله ها دارای حساسیت و دقت بیسار زیاد باشند تا بتوانند ثبات و پایداری شبکه را حفظ نموده و ضامن کار بدون وقفه شبکه باشد.

به طور کلی در یک سیستم برق رسانی بایستی به موارد زیر توجه داشت:

  • بهره برداری عادی
  • جلوگیری از بروز عیب الکتریکی
  • محدود کردن پیامدهای بروز عیب الکتریکی

لذا استفاده از بکار گیری عایق مناسب، هماهنگ ساختن قدرت عایقی با توانائی های برق گیرها، بکارگیری از مقاومت کم اتصال به زمین، طراحی به منظورکم کردن و محدود کردن مقدار جریان اتصال کوتاه، طراحی به منظور ایستادگی در مقابل تنش های مکانیکی و حرارتی حاصل از اتصال کوتاه و پیش بینی تأخیر زمانی بر روی کلیدها برای جلوگیری از قطع بارها در هنگام افت های زودگذر ولتاژ، جزئی از مواردی است که بایستی جهت جداسازی فوری قسمت معیوب  رعایت گردد.

رله گذاری حفاظتی یکی از چندین مشخصه طرح سیستم در مورد به حداقل رساندن صدمات به دستگاهها و قطع برق در هنگام بروز عیب است. بدین ترتیب واضح است که 

توانایی ها و شرایط کاربرد رله های حفاظتی را باید هم زمان با سایر مشخصه ها در نظر گرفت.

وظیفه رله گذاری

وظیفه رله گذاری حفاظتی این است که اجزای سیستم برق رسانی معیوب را که دچار اتصالی شده ویا موجب مزاحمت برای عملکرد درست بقیه سیستم شود از مدار خارج سازد. وسایل رله گذاری در اجرای این وظیفه از کلیدهاوی کمک می گیرند که قادرند جزء معیوب را با دریافت فرمان از وسایل رله گذاری جدا کنند. کلیدهای قدرت معمولاً در جائی قرار می گیرند که بتوانند مولد، ترانسفورماتور، سین، خط انتقال و غیره را کاملاً از بقیه سیستم جدا سازند. این کلیدها باید ظرفیت کافی داشته باشند تا بتوانند بیشتر جریان اتصال کوتاه را که احتمال عبور آن از کلید هست موقتاً تحمل نموده و سپس قطع کنند.

در جاهائی که رله حفاظتی و کلیدهای قدرت از لحاظ اقتصادی موجه نباشد از فیوزها استفاده می شود. اگر چه وظیفه اصلی رله گذاری حفاظتی، کاستن پیامدهای کوتاه است ولی حالت های غیر عادی دیگری در بهره برداری  روی می دهد که به کار رله های حفاظتی نیاز پیدا می شود که این موضوع به ویژه در مورد مولدها و موتورها صدق می کند.

رله های حفاظتی و ساختمان آنها

رله اصولاً به دستگاهی گفته می شود که در اثر تغییر یک یا چند کمیت الکتریکی و یا فیزیکی مشخص عمل نموده و کنتاکت هایی را باز نموده و یا می بندد. اگر چه تعداد، تنوع و شکل ظاهری رله ها با همدیگر متفاوت است ولی در حقیقت عملکرد آنها به دو نوع جاذبه الکترو مغناطیسی و دیگری القاء الکترو مغناطیسی محدود می شود.

رله جاذبه الکترو مغناطیسی بر اساس کشیده شدن میله ای به درون یک سیم پیچ الکتریکی با جذب شدن جوشن به قطب های یک آهنربا کار می کند. این رله را می توان هم با کمیت های متناوب به کار انداخت و هم با کمیت های DC.

وقتی می گوییم رله ای عمل می کند منظور این است که کنتاکت های رله بر حسب مورد و اینکه چه حالتی در نظر باشد بسته یا باز می شوند. بیشتر رله ها دارای فنر تنظیم هستند به طوریکه در هنگام بی برقی کامل، وضعیت مشخصی به خود می گیرند. کنتاکتی که در این وضعیت بسته باشد به نان کنتکت بسته و آنگه بازباشد کنتکت باز خوانده می شود. وقتی رله ای به کار می افتد و کنتاکت بسته ای را باز و یا کنتاکت بازی را می بندد می گوئیم رله تحریک شده است. 

اصول و طرز کار رله های حفاظتی

رله های ولت متری

در شبکه ها و مدارهای الکتریکی اغلب ممکن است افت ولتاژ و یا ازدیاد ولتاژ صورت گیرد که برای دستگاههای الکتریکی زیان آور است. بنابراین باید دستگاههای الکتریکی را در مقابل این تغییرات ولتاژ حفاظت نمود. این حفاظت بوسیله رله های افت ولتاژ و رله های ازدیاد ولتاژ تأمین می شود.

رله افت ولتاژ

این نوع رله که در شکل (زیر) نشان داده شده است شبیه رله های جریانی است و اغلب به صورت رله الکترو مغناطیسی ساخته می شود. در رله افت ولتاژ، هسته آهن رله تا موقعی که ولتاژ از حد مجاز و معینی کمتر نشده باشد بحالت جذب باقی می ماند و به محض افت ولتاژ، رها و سبب بستن کنتاکتی می شود که به مدار فرمان متصل است.  این رله معمولاً به محض رسیدن به 70% ولتاژ نامی شروع به کار می کند.

رله افت ولتاژ

رله افت ولتاژ برای جریان دائم

شکل (زیر) مدار فرمان یک رله افت ولتاژ را برای شبکه جریان دائم نشان می دهد. این رله اغلب برای بکار انداختن دستگاه آلارم ( سیگنال) و یا قطع کلید در موقع افت ولتاژ شبکه از مقدار از قبل تنظیم شده، مورد استفاده قرار می گیرد.

رها شدن هسته آهن رله توسط نیروی فنر مکانیکی انجام می شود.

رله افت ولتاژ جریان دائم

رله افت ولتاژ برای جریان متناوب

شکل (زیر) مدار یک رله افت ولتاژ برای جریان متناوب را نشان می دهد. همانطور که مشاهده میشود قطع کننده توسط جریان DC از یک مدار فرعی تغذیه میشود.

در این مدار عمل رله توسط یک نشان دهنده نمایان میگردد و برای موقعی که بعنوان رله تأخیر یا رله زمانی مورد استفاده قرار میگیرد لازم است که به یک عضو زمانی نیر مجهز باشد.

رله افت ولتاژ جریان متناوب

رله ازدیاد ولتاژ

عضو سنجش این رله شبیه رله جریان زیاد است با این تفاوت که بوبین این رله بر روی ولتاژ بسته می شود. معمولاً رله ثانویه آن که ولتاژ نامی آن برابر ولتاژ نامی ترانسفورماتور ولتاژ یعنی 100v است مورد استعامل زیادی دارد.

رله دیستانس

رله دیستانس یک رله حفاظتی است که زمان قطع آن تابع مقاومت طول سیم می باشد. در اغلب اوقات باید زمان قطع رله تابع محل اتصال کوتاه نسبت به رله باشد و از این جهت باید زمان قطع رله، تابع جهت معنی از انرژی اتصال کوتاه نیز شود. همانطور که می دانیم هر چه محل اتال کوتاه از رله دورتر باشد، مقاومت ظاهری قطعه سیم بن محل اتصالی تا رله بزرگتر شده و در نتیجه مقاومت اهمی و غیر آهنی آن نیز بزرگتر می گردد . 

از انجا که در رشد تأسیسات برقی رابطه مستقیمی بین مقاومت و طول سیم وجود دارد لذا با استفاده از رله دیستانس به عنوان  رله حفاظتی در سراسر خطوط انتقال انرژی عملاً مشکل حفاظت موضعی و سلکتیو و تنظیم جهش زمانی رله ها پی در پی نیز برطرف می گردد.

فرض کنید در نقطه ای از یک شبکه حلقوی یک جریان اتصال کوتاه  ایجاد شود. در این صورت از تمام رله های دیستانس که در شبکه قرار دارد یک جریان اتصال کوتاه عبور می کند و بوبین آنها تحریک می شود. ولی فقط نزدیکترین رله به محل اتصال موفق به قطع سیم اتصالی شده از شبکه می گردد. زیرا قطعه سیم بین این دو نقطه کوچکترین مقاومت را دارا بوده و بنابراین بیشترین جریان از ان می گذرد لذا زمان قطع این رله از همه کمتر است.

هر یک از کمیت های زیر می تواند عوامل موثر در رله دیستانس باشد:

  • مقاومت ظاهری یا امپدانس
  • هدایت ظاهری یا ادمیتانس
  • مقاومت اهمی
  • هدایت اهمی یا کندوکتانس
  • مقاومت غیر اهمی یا راکتانس
  • هدایت غیر اهمی یا سوسپتانس
  • امپدانس مختلط

رله ای که کمیت Z را میسنجد رله امپدانس نامیده می شود و رله ای که کمیت X را می سنجد رله راکتانس نامیده می شود.

از رله دیستانس میتوان برای حفاظت هر نوع شبکه ای با هر ولتاژ الکتریکی استفاده کرد. ضمناً برای حفاظت ترانس ها و ژنراتورها نیز استفاده می گردد.

شکل (زیر) طرز کار رله دیستانس را نشان می دهد. از الکترو مگنت 2، جریانی که متناسب با جریان اتصال کوتاه است عبورمی کند به طوریکه به محض اینکه جریان اتصال کوتاه به مقدار معین رسید هسته داخلی آن جذب شده و کنتاکت 4 بسته میشود و در نتیجه مدار رله قطع کننده کلید اصلی بسته شده و سبب قطع کلید می گردد.

رله دیستانس

الکترومگنت 3 که بر روی ولتاژ خط بسته شده است نیروی مقاوم رله را تولید می کند و سبسب ایجاد گشتاوری در خلاف جهت گشتاور نیروی الکترومگنت 2 می شود. لذا هر چه ولتاژ بیشتر باشد نیروی مقاوم الکترومگنت 3 بیشتر می شود و در ضمن مقاومت ظاهری خط تا نقطه اتصالی نیز بیشتر می شود.

رله دیفرانسیل

برای حفاظت سیم های کوتاه، مثلاً در داخل نیروگاه و یا پشت ترانسفورماتور ها به علت کوچک بودن امپدانس ان نمی توان از رله دیستانس استفاده کرد. در این گونه مواقع بیشتر از رله دیفرانسیل استفاده می شود. این رله بر اساس مقایسه جریانها کار می کند و بدینوسیله جریان در ابتدا و انتهای وسیله ائی که باید حفاظت شود، سنجیده شده و با هم مقایسه می گردد. این تفاوت جریان در دو طرف محدوده حفاظت شده  اغلب در اثر اتصال کوتاه یا اتصال زمین و غیره بوجود می آید در صورتیکه قبل از اتالی شدن مسلماً جریانهای دو طرف با هم برابر هستند.

شکل (زیر) طرز اتصال رله دیفرانسیل را برای حفاظت یک ترانسفورماتور نشان می دهد. به طوریکه ملاحظه می شود مقایسه جریانهای قبل و بعد از ترانس توسط ترانس های جریان انجام می شود جریان ثانویه و منحنی مغناطیسی این ترانسهای جریان باید برابر باشند و طوری مخالف یکدیگر بسته شوند که در حالت عادی و نرمال، جریانهای ثانویه، همدیگر را خنثی کرده و رله بدون جریان باشد.

رله دیفرانسیل

چنانچه در اثر یک اتصالی، این برابری جریان در دو طرف محدوده حفاظت شده از بین برود، تفاوت و یا اختلاف جریانهای دو ترانسفورماتور جریان از مدار رله عبور کرده و باعث تحریک آن می شود که مستقیم یا غیر مستقیم سبب قطع کلید شبکه می گردد.

رله دیفرانسیل فقط محدوده  داخل خود را حفاظت می کند و از این جهت از آن بیشتر برای حفاظت ترانسفورماتور ها موتورهای ولتاژ قوی و شین ها استفاده می شود.

در ادامه طرز کار رله دیفرانسیل و جهت جریانها را در حالت های مختلف نشان می دهیم.

در شکل (زیر) دستگاه حفاظت شده بوسیله رله دیفرانسیل، بدون خطاست و از این جهت جریان ثانویه ترانسفورماتور در دو طرف با هم برابر است و از رله دیفرانسیل جریان نمی گذرد.

رله دیفرانسیل 1

شکل (زیر) یک اتصال کوتاه را در خارج از محدوده حفاظت نشان می دهد.و در این حالت نیز چون جریان ثانویه هر دو ترانسفورماتور  جریان با هم برابرند رله دیفرانسیل بدون جریان است. بنابراین مشاهده می شود که اتصال کوتاه خارج از محدوده حفاظت شده بر روی رله دیفرانسیل بدون اثر است.

رله دیفرانسیل 2

شکل (زیر) یک اتصال کوتاه را در داخل محدوده ای نشان می دهد که فقط از یک طرف تغذیه می شود. در اثر این اتصالی جریانهای اولیه ترانس های جریان متفاوت شده و تفاوت جریان ثانویه ترانس های جریان سبب بکار انداختن رله می شود.

رله دیفرانسیل 3

شکل (زیر) اتصال کوتاه در داخل محدوده ای را نشان می دهد که از دو طرف تغذیه شود. در این حالت نیز معمولاً جریان دو طرف ترانسفورماتورهای جریان با هم برابر نخواهند بود و تفاوت جریان سبب قطع رله می شود.

رله دیفرانسیل 4

شناخت اتصالی ها در ژنراتور

ژنراتورها مهم ترین و با ارزش ترین بخش یک نیروگاه می باشد. نقص داخلی ژنراتور علاوه بر زیانی که به خود ژنراتور وارد می کند. باعث قطع قسمت بزرگی از انرژی نیروگاه نیز می گردد. در صورتیکه زیانهای وارده بر ژنراتور در اثر نداشتن وسائل حفاظتی صحیح و قطع به موقع آن ازدیاد پیدا کرده وگسترش یابد، ترمیم و تعمیر محل معیوب ممکن است مدتها طول کشیده و بهره برداری را برای مدت زیادی متوقف نماید. در نتیجه مجبوراً در تمام این مدت از ژنراتورهای دیگر بار بیشتری گرفته می شود تا کمبود برق شبکه جبران شود.

اضافه بار در ژنراتورها علاوه بر اینکه ممکن است سبب خسارت دیدن آنها شود، باعث کم شدن طول عمر و دوام آنها نیز می گردد. برای جلوگیری از اینگونه زیانها لازم است خطاهای داخلی ژنراتور را قبل از ایجاد شناخت و برطرف کرد.

دستگاههای حفاظتی ژنراتورهای با دور کم (ژنراتورهای با توربین آبی) و با دور زیاد (توربوژنراتورها) متفاوت نیستند. تنها دستگاههای حفاظتی ژنراتورها در نوع اتصال ژنراتورها به شبکه اتصال واحد و اتصال به شین می باشد. شکل (زیر) این اتصالات را نشان می دهد.

انواع اتصال ژنراتور

در اتصال واحد، هر ژنراتور دارای ترانسفوماتور مخصوص به خود می باشد. به طوریکه ژنراتور و ترانسفورماتور  یک واحد الکتریکی را تشکیل می دهند. بنابراین این واحد، با یک حفاظت واحد نیز مجهز می شود.

اتصال واحد اصولاً در موقعی که قدرت ژنراتورها زیاد است بکار برده می شوند.

در اتصال شین، ژنراتورها دارای ترانسفورماتور مخصوص به خود نیستند بلکه انرژی ژنراتورها مستقیماً به شین منتقل می شود و سپس به کمک یک یا چند ترانسفورماتور، انرژی لازم از شین ها گرفته می شود.

خطاهائی که در ژنراتور اتفاق می افتد یا در اثر کمبود و نقصان ایزولاسیون و عایق بندی قسمتی از سیم پیچی های ژنراتور و کابل های رابط آن است و یا بستگی به عوامل خارجی دیگر دارد. لذا می توان حفاظت ژنراتور را به دو دسته تقسیم کرد:

  • حفاظت در مقابل خطاهای داخلی
  • حفاظت در مقابل عوامل خارجی غیر مجاز

حفاظت در مقابل خطاهای داخلی

خطاهائی که ممکن است در داخل ژنراتور اتفاق بیفتد خود به دو دسته منطقه ای تقسیم می شوند که عبارتند از خطاهای استاتور و خطاهای رتور.

خطاهائی که در سیم پیچی استاتور پیش می آید

این خطاها  که در شکل (زیر) نشان داده شده است شامل موارد زیر است:

  • اتصال دو فاز
  • اتصال حلقه
  • اتصال زمین
  • اتصال زمین دوبل مطابق شکل (d)
انواع اتصال زمین

خطاهائی که در رتور پیش می آید

  • اتصال به زمین
  • اتصال حلقه یا اتصال زمین دوبل
  • قطع تحریک

حفاظت در مقابل خطرات خارجی

عوامل خارجی که سبب خطا در داخل ژنراتور میشود نیز به دو دسته تقسیم می شوند. یکی عواملی که در شبکه برق پیش می آید و دیگری عواملی است که در قسمت گرداننده رتور ژنراتور پیش می آید و مستقیماً بر روی ژنراتور مؤثر است.

عواملی که در شبکه پیش می آید شامل موارد زیر است:

  • اتصال کوتاه در شبکه (مخصوصاً در اتصال مستقیم به شین)
  • بار نامتعادل
  • ازدیاد ولتاژ در اثر برداشت غیر مترقبه و پیش بینی نشده قسمت بزرگی از بار ژنراتور

عواملی و خطاهائی که در وسیله گرداننده ژنراتور پیش می آید نیز شامل موارد زیر است:

  • خراب شدن توربین
  • قطع بخار

باید دانست که در موقع بروز خطا، تنها قطع ژنراتور از شبکه برق کافی نیست بلکه باید انرژی که سبب اتصالی شده است نیز از میان برداشته شود.

دستگاههائی که باید در موقع قطع ژنراتور بکار افتند عبارتست: دستگاه برداشت تحریک و دستگاه خاموش کننده جرقه.

حفاظت قسمت مکانیکی ژنراتور مثل دستگاه تنظیم درجه حرارت یاتاقانها و تنظیم هوای خنک کننده و غیر مربوط به حفاظت الکتریکی ژنراتور نمی باشد. گرچه اغلب عدم کار صحیح این دستگاههای نیز باعث قطع ژنراتور می شود.

حفاظت در مقابل خطاهای داخلی ژنراتور بوسیله دستگاههای حفاظتی زیر انجام می شود:

  • رله دیفرانسیل برای تشخیص اتصال دو فاز مختلف در ژنراتور
  • رله اتصال حلقه برای تشخیص اتصال حلقه در یک فاز ژنراتور
  • رله اتصال زمین برای حفاظت ژنراتور در مقابل اتصال زمین سیم پیچی استاتور
  • رله توان متقابل برای حفاظت کلی ژنراتورهای کوچک

 

حفاظت در مقابل عوامل خارجی در ژنراتورها نیز بوسیله دستگاههای زیر انجام می شود:

  • رله حرارتی برای حفاظت در مقابل بار زیاد
  • رله جریان زیاد برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه
  • رله ولتاژ زیاد برای حفاظت در مقابل ولتاژ زیاد غیر مجاز
  • رله بار نامتعادل برای حفاظت در مقابل بار نامتعادل غیر مجاز
  • رله برگشت توان برای جلوگیری از حالت موتوری شدن ژنراتور

 

اگر به مطالعه بیشتر در این زمینه علاقمند هستید ، مقاله کامل را از لینک زیر دانلود کنید !​

فرزین رضاقلی وب‌سایت
0 0 رای ها
امتیازدهی به مقاله
اشتراک در
اطلاع از
guest
2 نظرات
تازه‌ترین
قدیمی‌ترین بیشترین رأی
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
محمد

فرق موتورdcبا ژنزاتور چیست؟

2
0
افکار شما را دوست داریم، لطفا نظر دهید.x