قدرت-شبکه های انتقال و توزیع-الکترونیک

                      شکل14

رلۀ دیستانس براي انجام صحيح وظيفه حفاظتي كه بعهده دارد ، از اعضاء زيادي تشكيل شده است مهمترين آنها عبارتست از :

1-عضو تحريك كننده

2- عضو سنجشي رله ديستانس (عضو زماني )

3- عضو جهت ياب

4- تعداد زيادي رله كمكي

در ضمن بايد دانست كه عضو سنجشي رله ديستانس متعلّق عوامل موثر را نمي سنجد ، بلكه تغييرات مقدار كميتي را كه قبلاً  تنظيم شده است مي سنجد .

عامل موثر در رله دیستانس مي تواند هر يك از كميت هاي زير باشد .

1- مقاومت ظاهري                    (امپدانس )

2- هدايت ظاهري                  (آدميتانس)

3- مقاومت اهمي                                (رزيستانس )

4- هدايت اهمي                                     (كندوكتانس )

5- مقاومت غير اهمي                                 (رآكتانس )

6- هدايت غير اهمي                               (سوسپتانس )

7- اسپدانس مخلوط

رله اي كه كميت Z را مي سنجد رلۀ امپدانس ناميده مي شود و رله اي كه كميت X را مي سنجد رلۀ رآكتانس گفته مي شود .

در گذشته براي حفاظت شبكه هاي بالاتر از 110KV از رلۀ رآكتانس استفاده مي شود ، زيرا در رلۀ رآكتانس اثر نامطلوب جرقه دخالت ندارد .

رلۀ ديستانس را مي توان جهت حفاظت هر نوع شبكه اي با هر فشار الكتريكي بكار برد .

براي حفاظت شبكه هاي با ولتاژ بالاتر از 60 هزار ولت ، امروزه فقط از رلۀ ديستانس استفاده

مي شود . در ضمن مي توان به كمك رلۀ ديستانس ترانسفورماتورها و ژنراتورها را نيز حفاظت كرد.

رله ديستانس اولين بار در آلمان در سال 1923 در يك شبكه فشار قوي نصب شد . طرز كار رلۀ دیستانس را مي توان بكمك شكل 15 بطور ساده بيان نمود .

از الكترومغناطيس 2 جرياني كه متناسب با جريان اتصال كوتاه است عبور مي كند بمحض اينكه جريان اتصال كوتاه به مقدار معين رسيد ، هستۀ داخلي آن جذب شده و كنتاكت بسته مي شود و در نتيجه مدار رلۀ قطع كننده كليد اصلي بسته شده وسبب قطع كليد مي گردد .

در ضمن الكترومغناطيس 3 نيز بر روي فشار خط بسته شده واز بوبين آن جرياني كه متناسب با فشار اين نقطه از شبكه است عبور مي كند .

 

 

 

 

                                                    

                                                          شکل15

الكترو مغناطيس 3 نيروي مقاوم رله را توليد مي كند و سبب گشتاوري در خلاف جهت گشتاور نيروي الكترومغناطيس 2 مي شود . لذا هر چه ولتاژ بيشتر باشد يا بعبارت ديگر هر چه اتصال كوتاه از محل نصب رله دورتر باشد نيروي مقاوم الكترومغناطيس 3 بيشتر و در ضمن مقاومت ظاهري خط تا نقطۀ اتصالي نيز بيشتر مي شود .

نوع ديگر رله ديستانس كه توسط زيمنس ساخته شده طبق شكل 16 مي باشد .

چنانچه ديده مي شود صفحه گردان آلومينيومي F در بين دو حوزۀ الكترومغناطيسي كه يكي توسط جريان وديگري توسط ولتاژ خط تغذيه  مي شود قرار دارد . اثر نيروي بوبين جريان وبوبين ولتاژ در صفحه f مخالف يكديگر مي باشد و مي توان به توسط فرم مخصوصي كه به صفحه گردان f داده مي شود، حال سكون و تعادل صفحه را در هر حال متناسب با     نمود .

در اينصورت دستگاه تبديل به يك اهم متر مي شود و R_k در اين دستگاه بمنزله عقربۀ اهم متر است0 باين ترتيب صفحه F متناسب با    كه برابر با امپدانس قطعۀ خط ميباشد ميگردد و عقربۀ R_K محل سكون را كه متناسب  با Z است نشان مي دهد .

همزمان با تحريك شدن دستگاه سنجشي امپدانس ، رله زماني Z نيز شروع بحركت ميكند و در نتيجه كنتاكت Z_K با سرعت يكنواختي بطرف عقربه R_K حركت مي كند . در اثر اتصالي اين دو كنتاكت كليد شبكه مربوطه قطع ميگردد .

 

 

 

                                               

 

                                                            شکل16

اثر حفاظتي رله دیستانس در شبكه ، در شكل 17 نمايش داده شده است .

چنانچه ديده مي شود از دو طرف تغذيه مي شود و داراي استاسيون هاي cو  dو e مي باشد .

فرض مي كنيم كه اتصال كوتاهي بين استاسيون  cو d اتفاق افتاده باشد در اينصورت تمام 8

رله اي كه در شكل رسم شده است تحريك مي شوند و رلۀ 2و3 در استاسيون c  و رلۀ 4 و 5 در استاسيون d مقاومت ظاهري برابر را مي سنجند .

براي جلوگيري از قطع بي موقع كليد هاي 2 و 5 توسط رله هاي خودشان و قطع صحيح و بموقع كليد هاي 4 و 3 توسط رله هاي امپدانس خودشان بايد هر كدام از رله هاي امپدانس به عضو

جهت ياب نيز مجهز گردد . عضور سنجشي و عضو جهت ياب رله طوري ساخته شده است كه دائماً زير جريان نباشند ، بلكه بوسيله عضو ديگري به كميت هاي الكتريكي مربوطه متصل شود اين عضو رلۀ ديستانس را عضو تحريك كننده با راه انداز رله ميناميم .

 

 

 

 

                      شکل17

 

در رله ديستانس معمولا از دو نوع محرك استفاده مي شود .

 

1- تحريك توسط جريان زياد

اين راه  انداز تشكيل شده از يك رله جريان زياد زكوندر كه براي8/0 تا 2 برابر جريان نامي ترانسفور ماتور جريان قابل تنظيم است. برحسب نوع شبكه ميتوان از 2 يا 3 رلۀ جريان زياد براي بکار انداختن رلۀ ديستانس استفاده كرد .

2- رله براي شبكه اي كه نقطۀ صفر ستاره آن ايزوله است و يا در شبكه كمپانزه شده

3- رله در شبكه اي كه نقطۀ صفر ستاره آن مستقيماً زمين شده است

تحريك رلۀ ديستانس توسط جريان زياد بخصوص در شبكه هایي بكار برده مي شود كه جريان اتصال كوتاه آن ، حتي در موقع كم بار شبكه نيز از ماكسيموم  جريان كار عادي و نرمال شبكه بيشتر باشد .

 

 

2- تحريك توسط امپدانس كم

در صورتي كه اتصال كوتاه در كل خط طويل نقل انرژي و يا در شبكه غربالي اتفاق افتد و بار شبكه نيز  كم باشد ، اين امكان نيز موجود است كه حداقل جريان اتصال كوتاه از ماكسيموم جريان عادي شبكه بزرگتر نشود در اين گونه مواقع بايد از تحريك كننده امپدانس كم كه مثل يك عضو امپدانسي عمل مي كند استفاده كرد .

تحريك كننده امپدانس كم نسبت   را مي سنجد و بلافاصله عمل مي كند .   

شكل 18 يك رله امپدانس كم را بطور ساده نشان مي دهد اين رله طوري تنظيم شده است كه در حالت كار عادي شبكه ، نيروي الكترومغناطيسي بوبين ولتاژb از نيروي الکترومغناطيسی بوبين جريان a بيشتر است و در نتيجه كليد c باز مي باشد .

در ضمن چون كليۀ رله هاي دیستانس از ترانسفورماتور جريان ولتاژ  تغذيه مي شوند و نيرو ميگيرند، امپدانس زكوندر را كه برابر    مي باشد خواهند سنجيد .

 

 

 

 

                       شکل18

بطوريكه u_i نسبت تبديل ترانسفورماتور جريان و u_u نسبت به تبديل ترانسفورماتور ولتاژ و z₁ امپدانس طرف پريمر مدار مي باشد .

طرز كار عضو سنجشي رله دیستانس را مي توان به كمك يك دياگرام ساده كه محور مختصات آن را R و X تشكيل مي دهد بيان نمود. اين دياگرام كه بر حسب نوع عامل موثري كه سنجيده

مي شود ، ممكن است يك خط ، و يا دايره ( شكل 19) و يا بيضي ، باشد صفحه محور مختصات R-X را بدو ناحيه مجزا از هم بنام ناحيه سد و ناحيه آزاد  جدا مي كند .

اگر مقدار سنجيده شده در ناحيۀ سد ( در شكل 19 خارج از دايره ) واقع شود، رلۀ ساكت مي نمايد و عمل نميكند  و اگر مقدار سنجيده شده در ناحيۀ ديگر (داخل دايره ) واقع شود ، رله عمل

مي كند وفرمان بعدي را مي دهد از اين جهت مي توان گفت كه خط ، دايره و يا بيضي مكان هندسي مي باشد كه در اين مكان وضعيت رله از حالتی به حالت ديگر بر مي گردد مثلاً در شكل 19 دايره ZA حد امپدانس رله مي باشد .

 

                                        شکل19

 

 

از دياگرام R-X مي توان در آن واحد به عنوان دياگرام U-I نيز استفاده كرد در اينصورت بايد جريان اتصال كوتاه IK بر روي محور R ها منطبق شود. شكل 20

 

 

 

شکل20

 

 

در اتصالي فلز به فلز كه ما بطور ساده به آن اتصال فلزي مي گوئيم، UKB (افت ولتاژ جرقه ) صفر شده و Uk برابر UkL مي گردد و در اين حالت اختلاف فازي كه بردار ولتاژ با جريان اتصال كوتاه پيدا مي كند ( زاويه j  ) فقط مربوط به بزرگي اندوكتيويته و مقاومت اهمي هر كيلومتر خط

مي باشد كه آن را مي توان بطور دقيق حساب كرد و طول بردار Uk  در اتصال فلزي فقط بستگي به جريان اتصالي و مقاومت خط تا محل اتصالي دارد .

اگر جريان اتصالي را بدون در نظر گرفتن اتصالي شده ثابت فرض كنيم ، هر طولي  از بردار اختلاف سطح اتصال كوتاه (در شكل 20 خط od ) متعلق به فاصلۀ معين از اتصالي مي باشد ، لذا

مي توان اين بردار را بر حسب واحد طول مدرج كرد و يا به عبارت ديگر اگر در مركز محور مختصات o رله ديستانس كارگذارده  شود طول خط od فاصله اتصالي را از رله نشان مي دهد .

منحني زماني رله دیستانس t-f(z)

منحني زماني رلۀ دیستانس معرف زمان قطع رله (t) نسبت به مقاومت اتصالي بين محل نصب و اتصالي (z) است . اين تغييرات ممكن است بالا روندۀ خطي يا بالا روندۀ پله اي و يا مخلوطي از

پله اي و خطي باشد . شكل 21

 

 

 

شکل21

 

در تغييرات خطي و پيوسته زمان، زمان قطع متناسب با افزايش امپدانس اتصالي زياد مي شود و بعبارت ديگر هر چه محل اتصالي از محل نصب رلۀ ديستانس دورتر باشد زمان قطع رله نيز بزرگتر مي شود .

زمان قطع رله هيچگاه نميتواند برابر صفر باشد ، زيرا هر رله اي داراي يك تاخير زماني بين فرمان و گرفتن  و عمل كردن مي باشد . اين تاخير در قطع، در رله هاي مدرن امروزي بين 06/0 تا 1/0 ثانيه مي باشد . اين زمان را زمان تحرك رله مينمايم .

در گذشته براي حفاظت شبكه نقل انرژي از رله هاي ديستانس استفاده مي شد كه زمان كار آن فقط متناسب فاصله بود .

تابع t=f(z) را مي توان در رله هائي كه داراي مشخصات خطي بالا رونده و پيوسته مي باشند بصورت كلي زير نوشت :

 

در اين رابطه t_a زمان قطع رله و t_o زمان تحرك اوليه رله و t₁ زمان كار رله مي باشد كه بستگي به مقدار امپدانس خط از محل اتصالي شده تا محل نصب رله دارد .

 در صورتيكه شبكه از دو طرف تغذيه شود، براي جلوگيري از قطع بي موقع كليد ها ، بايد رله هاي ديستانس به عضو جهت ياب نيز مجهز گردند . در شكل 22 منحني زمان قطع رله هاي كه در موقع عبور جريان بطرف راست، عمل مي كنند در بالاي محور مختصات و براي رله هاي كه در موقع عبور جريان بطرف چپ عمل مي كنند در زير محور مختصات رسم شده است. چنانچه ديده مي شود در اين تغييرات ، زمان قطع رله ها بطور دلخواه و نامحدود با اضافه شدن امپدانس خط زياد نمي شود ، بلكه زمان انتهائي رله ها ثابت است وبستگي به امپدانس خط ندارد .

 

 

                                     شکل22

 

نصب رله هاي ديستانس با منحني زمانی پيوسته در شبكه اي كه داراي چندين ايستگاه برداشت نيرو با فواصل متفاوت مي باشد ( فاصله دو ايستگاه زياد و فاصله دو ايستگاه بعدي كم ) مي تواند كاملاً صحيح نباشد و عمل حفاظت سلكتيو و موضعي را دچار اشكال كند .

براي رفع اين اشكال ، رله هاي ديستانسي كه داراي مشخصه زماني خطي و پيوسته مي باشند با يك « كنتاكت فوري » تشكيل مي شوند . اين كنتاكت فوري سبب مي شود كه رلۀ ديستانس اتصالي تا فاصله بخصوصي از رله را در يك زمان ثابت وكوتاهي قطع كند واتصالي خارج از اين محدوده را در زماني كه متناسب با مقاومت سيم اضافه مي شود قطع نمايد .

در اينصورت منحني مشخصه زماني رله از دو قسمت خطي و ثابت وخطي بالا رونده تشكيل

مي شود . اين نوع رله كه بنام رله امپدانس سريع معروف شده است .

عضو سنجشي و عضو زماني رلۀ ديستانس

عضو سنجشي و عضو زماني رلۀ ديستانس متشركاً زمان قطع رله را تعيين و مشخص مي كند

رله اي كه داراي مشخصه خطي و تغييرات يكنواخت زمان قطع مي باشد ، بايد متناسب با هر كميت سنجشي موثري يك زمان فرمان معين ومشخصي داشته باشند از اين جهت بايد رله بتواند قدر مطلق مقدار مقاومت اتصالي شده Zk را بسنجد .

براي اينكه عضو سنجشي رلۀ ديستانس بتواند اين عمليات را انجام دهد ، بايد رلۀ زماني متوالياً و بطور پيوسته يا در زمانهاي مختلف t3,t2,t1 و غيره با وصل كردن مقاومت و يا به توسط تغيير دادن تعداد حلقه هاي ترانسفورماتور سنجشي و بدين وسيله تغيير دادن نسبت تبديل ترانسفور ماتور ، امپدانس شروع بكار  رله را تغيير دهد .