مقاله در مورد بررسی عملکرد رله پیلوت در شبکه فوق توزیع

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد بررسی عملکرد رله پیلوت در شبکه فوق توزیع دارای ۱۲۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد بررسی عملکرد رله پیلوت در شبکه فوق توزیع  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد بررسی عملکرد رله پیلوت در شبکه فوق توزیع،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله در مورد بررسی عملکرد رله پیلوت در شبکه فوق توزیع :

مقدمه :
در تاسیسات الکتریکی مانند شبکه انتقال انرژی ٍ مولد ها و ترانسفورماتورها و اسباب و ادوات دیگر برقی در اثر نقصان عایق بندی و یا ضعف استقامت الکتریکی ٍ دینامیکی و مکانیکی در مقابل فشارهای ضربه ای پیش بینی نشده و همچنین در اثر ازدیاد بیش از حد مجاز درجه حرارت ٍ خطاهایی پدید می آید که اغلب موجب قطع انرژی الکتریکی می گردد.

این خطاها ممکن است بصورت اتصال کوتاه ٍ اتصال زمین ٍ پارگی و قطع شدگی هادی ها و خورده شدن و شکستن عایق ها و غیره ظاهر شود.
شبکه برق باید طوری طرح ریزی شود که از یک پایداری و ثبات قابل قبول و تا حد امکان مطمئنی برخوردار باشد.امروزه قطع شدن برق برای مدت کوتاهی باعث مختل شدن زندگی فردی و قطع شدن برق کارخانه های صنعتی و مصرف کننده های بزرگ ٍ موسسه های علمی و پژوهشی به مدت نسبتاٌٌٌ طولانی موجب زیانهای جبران ناپذیر می شود لذا قطع شدن و یا قطع کردن دستگاهها و تجهیزات الکتریکی معیوب از شبکه لازم است ولی کافی نیست.
باید تدابیری بکار برده شود که برق مصرف کننده ای که در اثر بوجود آمدن عیب فنی از شبکه قطع شده است در کوتاه ترین مدت ممکنه مجدداٌ تامین گردد.
وظیفه رله این است که در موقع پیش آمدن خطا در محلی از شبکه برق ٍ متوجه

خطا شود ٍ آنرا دریابد و شدت آنرا بسنجد و دستگاههای خبری را آماده کند و یا در صورت لزوم خ

ود راساٌ اقدام کند و سبب قطع مدار الکتریکی شود.
در این نوشته سعی شده است رله های حفاظتی پیلوتی ٍ اساس کار آنها و همچنین طریقه ارسال اطلاعات در این رله ها مورد بررسی قرار گیرد.در شش فصل اول از آوردن عکس و مطلب در مورد رله های واقعی پرهیز شده است در فصل هشتم رله های مربوط به حفاظت پیلوتی پستهای اختصاصی مترومورد بررسی قرار گرفته است.

فصل اول
فلسفه رله‌گذاری حفاظتی

۱-۱) رله‌گذاری حفاظتی چیست؟
معمولا وقتی درباره یک سیستم برق‌رسانی می‌اندیشیم، اجزا چشمگیر آن از قبیل نیروگاه‌های بزرگ، ترانسفورماتورها، خطهای فشار قوی و غیره به ذهنمان می‌آید. در عین حال که این اجزا قسمتهای اصلی را تشکیل می‌دهند، بسیاری اجزای ضروری و جالب دیگر نیز در سیستم وجود دارد که رله‌های حفاظتی از همین دسته‌اند.
در اینجا نقش رله‌گذاری حفاظتی را در طراحی و کارکرد سیستمهای برق‌رسانی با بررسی مختصری از زمینه کلی موضوع توضیح می‌دهیم. سه جنبه مختلف سیستم برق‌رسانی در این بررسی به کار می‌آید. این جنبه‌های عبارتند از :
الف) بهره‌برداری عادی
ب) جلوگیری از بروز عیب الکتریکی
ج) محدودکردن پیامدهای بروز عیب الکتریکی
اصطلاح “بهره‌برداری” به حالتی اطلاق می‌شود که در دستگاهها عیبی نباشد. اشتباهی از افراد سر نزند و بلایی آسمانی رخ ندهد. در این حالت، حداقل امکانات برای تامین برق مصرف‌کنندگان فعلی و برآوردن مقداری از نیازهای قابل پیش‌بینی برای آینده فراهم است. پیش‌بینیهای لازم برای بهره‌برداری عادی، قسمت عمده هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی را در برمی‌گیرد. لکن سیستمی که تنها از این دیدگاه طراحی شده باشد چه بسا پاسخگوی نیازهای امروزی نباشد.
عیب کردن دستگاههای برق‌رسانی سبب خاموشی‌های تحمل‌ناپذیر می‌شود. از این رو باید پیش‌بینیهایی انجام داد تا خسارتهای وارد بر دستگاهها و قطع جریان برق در هنگام بروز عیب به حداقل کاهش یابد.
در اینجا دو راه چاره به نظر می‌رسد: اولا خصیصه‌هایی با هدف جلوگیری از بروز عیب در طراحی منظور کنیم و ثانیا به راههایی بیندیشیم که در هنگام بروز عیب دامنه خسارتها را کاهش دهد. در طراحی سیستمهای جدید از هر دو راه حل به درجات مختلف و با توجه به جنبه‌های اقتصادی هر مورد خاص استفاده می‌شود و هر روز پیشرفتهایی محسوستر در جهت افزایش اطمینان‌بخشی دستگاهها صورت می‌گیرد. اما از سوی دیگر وابستگی به نیروی برق نیز هر روز بیشتر می‌شود. در نتیجه اگر چه احتمال بروز عیب کاهش می‌یابد، از سوی دیگر قطع برق نیز تحمل‌ناپذیرتر می‌شود. از اینجا به بعد سودمندتر آن است که وقوع عیب را مجاز بشماریم و در عوض، چاره‌ای

برای کم کردن دامنه خسارات آنها بیندیشیم.
بعضی از خصیصه‌های طرح و بهره‌برداری که هدف آنها کم کردن پیامدهای عیب است عبارتند از :
الف) خصیصه‌هایی که آثار مستقیم عیب را محدود می‌سازند.
۱) طراحی به منظور محدود کردن مقدار جریان اتصال کوتاه
۲) طراحی به منظور ایستادگی در مقابل تنشهای حرارتی و مکانیکی حاصل از اتصا

ل کوتاه.
۳) پیش‌بینی دستگاههای کسر ولتاژ با تاخیر زمانی بر روی کلیدها برای جلوگیری از قطع بارها در هنگام افتهای زودگذر ولتاژ.
ب) خصیصه‌هایی با هدف جداسازی فوری قسمت معیوب
۱) رله‌گذاری حفاظتی
۲) کلیدهای با قدرت قطع کافی
۳) فیوزها
ج) خصیصه‌هایی که پیامدهای کنار رفتن قسمت معیوب را کم می‌کند.
۱) مدارهای جانشین
۲) ظرفیتهای ذخیره در مولدها و ترانسفورماتورها
۳) بازبست خودکار
د) خصیصه‌هایی که در فاصله بین وقوع عیب تا حذف آن برای نگهداشت ولتاژ و پایداری سیستم وارد عمل شود.
۱) تنظیم خودکار ولتاژ
۲) مشخصه‌های پایداری مولدها
بنابراین رله‌گذاری حفاظتی یکی از چندین خصوصیت طرح سیستم در مورد به حداقل رساندن صدمات به دستگاهها و قطع برق در هنگام بروز عیب است. وقتی صحبت از حفاظت با رله به میان می‌آید منظور آن است که رله‌ها همراه با سایر وسایل به کاهش خسارات و بهبود خدمات‌رسانی کمک می‌کنند. پس تواناییها و شرایط کاربرد رله‌های حفاظت را باید همزمان با سایر خصیصه در نظر گرفت.
۲-۱) وظیفه رله‌گذاری حفاظتی
وظیفه رله‌گذاری حفاظتی این است که بی‌درنگ هر جز از سیستم برق‌رسانی ر

ا که دچار اتصال شود یا آغاز به عمل غیرعادی کند به طوری که احتمال خطر برود یا موجب مزاحمت برای عملکرد درست بقیه سیستم شود از مدار خارج سازد. وسایل رله‌گذاری در اجرای این وظیفه از کلیدهایی کمک می‌گیرند که قادرند جز معیوب را با دریافت فرمان از وسایل رله‌گذاری جدا کنند.
کلیدهای قدرت معمولا در جایی قرار می‌گیرند که می‌توانند هر مولد، ترانسفورماتور، ب

اسبار، خط انتقال نیرو و غیره را کاملا از بقیه سیستم جدا سازد. این کلیدها باید ظرفیت کافی داشته باشند که بتوانند بیشترین جریان اتصال کوتاه را که امکان عبور آن از کلید هست موقتا تحمل و سپس قطع کنند. همچنین باید بتوانند بر روی چنین اتصال‌هایی بسته شوند و سپس

براساس استانداردهای مشخص آن را جدا سازند.
در جاهایی که رله حفاظت و کلیدهای قدرت از لحاظ اقتصادی موجه نباشد فیوز به کار می‌رود. گرچه وظیفه اصلی رله‌گذاری حفاظتی، کاستن پیامدهای اتصال کوتاه است، حالتهای غیرعادی دیگری هم در بهره‌برداری روی می‌دهد که به کار رله‌های حفاظت نیاز پیدا می‌شود. این

موضوع بویژه در مورد مولدها و موتورها صدق می‌کند.
وظیفه دوم رله‌گذاری حفاظتی این است که نشانه‌هایی از محل و نوع عیب به دست دهد. این‌گونه اطلاعات نه تنها به انجام شدن تعمیرات، سرعت می‌بخشد بلکه از راه مقایسه با نتیجه بازدید و نوسان نگارهای خودکار می‌تواند این امکان را فراهم آورد که کارآیی خود رله‌ها هم در جلوگیری از بروز عیب و کاستن دامنه خسارات ارزیابی شود.
۳-۱) اصول اساسی در رله‌گذاری حفاظتی
ابتدا فقط وسایل رله‌گذاری برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه را درنظر می‌گیریم. دو گروه از این وسایل وجود دارد که یکی رله‌گذاری “اصلی” و دیگری رله‌گذاری “پشتیبان” خوانده می‌شود. رله‌گذاری اصلی درواقع خط اول دفاعی را تشکیل می‌دهد و حال آنکه رله‌گذاری پشتیبان فقط وقتی عمل می‌کند که رله‌گذاری مقدم در انجام وظیفه خود شکست خورده باشد.
۱-۳-۱) رله‌گذاری مقدم
شکل (۱) رله‌گذاری مقدم را نشان می‌هد. نخستین اظهارنظر آن است که کلیدهای قدرت در محل اتصال هر جزء به سیستم جای گرفته اند.این پیش بینی اجازه می دهد که بتوان فقط جزء معیوب را از مدار جدا کرد. گاه می‌توان کلید بین دو جز مجاور را حذف کرد که در این حالت در هنگام عیب‌کرد یکی از این دو جز باید هر دو را از مدار جدا ساخت.
دومین نکته آن است که در اطراف هر جز از سیستم، یک منطقه حفاظت جداگانه‌ای بوجود می‌آید که اینک سخن بر سر چگونگی ایجاد آن نیست. اهمیت این مطلب در آن است که بروز عیب در هر منطقه سبب قطع همه کلیدهای واقع در آن منطقه خواهد شد.
همچنین آشکار می‌شود که در مقابل عیبهایی که در محل تداخل دو منطقه حفاظت مجاور روی دهد تعداد کلیدهای قطع شده بیش از کمترین تعدادی است که برای بیرون بردن قسمت معیوب ضرورت دارد. اما اگر مناطق با هم تداخل نکنند عیبی که در حد فاصل بین دو منطقه پیدا شود در هیچ منطقه‌ای قرار نمی‌گیرد و بنابراین هیچ کلیدی قطع نخواهد شد. از میان این دو حالت ، وجود تداخل ضرر کمتری دارد. میزان تداخل نسبتا کم و احتمال وقوع عیب در محل تداخل ناچیز است و درنتیجه قطع شدن تعداد زیادی کلید، بسیار نادر خواهد بود.

شکل (۱) نمودار تک خطی قسمتی از سیستم برق‌رسانی که حفاظت مقدم را نشان می‌دهد.

بالاخره می‌بینیم که منطقه‌های حفاظت مجاور در شکل (۱) در اطراف یک کلید تداخل می‌کنند. این روش عملا ترجیح دارد. زیرا برای عیب‌کردهای بیرون از ناحیه تداخل فقط قطع کمترین تعداد کلید ضرورت می‌یابد.
در حفاظت واحد که برای تجهیزات مختلف به‌کار می‌رود محل قرار گرفتن ترانسفورماتورهای جریان (C.T)ها به‌گونه‌ای انتخاب گردند که نواحی مجاور حفاظتی روی هم قرار گیرند. به عبارت دیگر، چنانچه C.Tهای حفاظت‌های واحد، مجاور کلید و به طرف قطعه مورد حفاظت (خطوط، ترانسفورماتور و 😉 قرار گیرند. فاصله بین دو ناحیه حفاظتی مجاور یکدیگر، فاقد حفاظت خواهد بود. بنابراین اگر خطایی در فاصله بین دو C.T دو ناحیه مختلف اتفاق افتد آن خطا توسط سیستم حفاظتی برطرف نخواهد شد. شکل (۲) و (۳) به ترتیب قرار گرفتن ناصحیح و صحیح C.Tها را نشان می‌دهد.

شکل (۲) حفاظت نوع واحد و شکل قرار گرفتن ناصحیح C.Tها

شکل (۳) حفاظت نوع واحد و شکل قرار گرفتن صحیح C.Tها و روی هم قرار گرفتن نواحی حفاظتی
۲ ـ ۳ ـ ۱) رله‌گذاری پشتیبان
رله‌گذاری پشتیبان فقط برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه به‌کار می‌رود. از آنجا که اتصال کوتاه، فراوانترین نوع عیب در سیستمهای برقرسانی به‌شمار می‌رود احتمال عیب کردن رله‌گذاری مقدم بصورت اتصال کوتاه نیز بیشتر است. تجربه نشان می‌دهد که رله‌گذاری پشتیبان برای عیبه

برای آنکه بتوان بهتر به روشهای مربوط به رله‌گذاری پشتیبان پی برد، دریافتی روشن از علل احتمالی عیب کردن رله‌های مقدم ضرورت دارد. وقتی می‌گوییم رله‌گذاری مقدم می‌تواند عیبت کند یعنی اینکه در موارد چندی ممکن است از جدا کردن بخش معیوب بازبماند. بروز عیب در رله‌گذاری مقدم می‌تواند ناشی از عیب کردن هر یک از قسمتهای زیر باشد:
الف) منبع جریان یا ولتاژ رله‌ها
ب) منبع ولتاژ مستقیم قطع‌کننده کلیدها

ج) رله‌های حفاظت
د) مدار قطع‌کننده یا مکانیزم قطع کلید
ه) کلید
ایده‌آل این است که رله‌گذاری پشتیبان چنان در نظر گرفته شود که همزمان با پیدایش عیب در رله‌گذاری مقدم، عیب نکند. واضح است که این عمل فقط وقتی حاصل می‌آید که رله‌های پشتیبان را در جایی نصب کنیم که هیچ جزء مشترک و یا فرمان مشترک با رله‌گذاری مقدمی که بناس

ت پشتیبانی شود در آنها به‌کار نرفته باشد. در عمل هر جا که ممکن باشد رله‌گذاری پشتیبان را در ایستگاه دیگری قرار می‌دهند.
چنانچه حفاظت پشتیبان در محل حفاظت اصلی قرار گرفته باشد به حفاظت پشتیبان محلی و چنانچه دور از حفاظت اصلی باشد، به حفاظت پشتیبان دور موسوم است.
در شکل (۴) برای حفاظت ترانسفورماتور، ابتدا رله ۱R در کوتاهترین زمان مثلا ً۰۱/۰ ثانیه عمل می‌کند (حفاظت اصلی) و سپس در صورت عدم قطع رله ۱R، عمل قطع به ترتیب توسط رله‌های ۲R و ۳R بعنوان رله‌های پشتیبان محلی و دور انجام خواهد شد لازم به توضیح است رله‌های ۲R و ۳R مثلاً در زمانهای ۳/۰ یا ۶/۰ ثانیه عمل می‌نمایند.
در شکل (۴) برای خطا در نقطه F در ترانسفورماتور، ۱R رله اصلی، ۲R پشتیبان محلی و ۳R پشتیبان دور است.

شکل (۴) یک شبکه نمونه به همراه رله‌ها و کلیدهای قسمت‌های مختلف

وظیفه دوم رله‌گذاری پشتیبان غالباً این است که وقتی وسایل رله‌گذاری مقدم را برای تعمیر یا سرویس از مدار خارج می‌کنند. عهده‌دار تأمین حفاظت مقدم شود.
شاید نیازی به توضیح نباشد که وقتی رله‌گذاری پشتیبان عمل کند قسمت بیشتری از سیستم قطع می‌شود تا وقتی که رله‌گذاری مقدم به درستی عمل کند.
وقتی رله‌گذاری مقدم مختل می‌شود حتی اگر رله‌گذاری پشتیبان کار خود را به خوبی انجام دهد، برق‌رسانی کم و بیش دچار صدمه خواهد شد به عبارت دیگر رله‌گذاری پشتیبان را نمی‌توان جانشین شایسته‌ای برای نگهداری صحیح دانست.
۴ ـ ۱) حفاظت در مقابل دیگر حالتهای غیرعادی
رله‌گذاری حفاظتی در مقابل عواملی جز اتصال کوتاه هم در ردهء رله‌گذاری مقدم دسته‌بندی می‌شود. ولی از آنجا که حالتهای غیرعادی نیازمند حافظت در اجزای مختلف سیستم متفاوت است برخلاف حفاظت در مقابل اتصال کوتاه، تداخل حوزه عمل رله‌ها معمولاً در حالتهای دیگر به‌کار نمی‌رود. در عوض هر جزء سیستم را جداگانه به هر نوع رله‌گذاری که بدان نیاز باشد مجهز

می‌کنند و این رله‌گذاری را طوری ترتیب می‌دهند که کلیدهای لازم را قطع کند. البته این کلیدها غیر از کلیدهایی هستند که در مورد رله‌گذاری در برابر اتصال کوتاه قطع می‌شوند. در این موارد چنانکه پیش از این گفتیم رله‌گذاری پشتیبان به‌کار نمی‌رود زیرا تجربه آن را از نظر اقتصادی توجیه نمی‌کند. ولی در بیشتر مواردی که حالتهای غیرعادی دیگری روی دهد که جریانها یا ولتاژهای غیرعادی پدید آورد، رله‌گذاری پشتیبان مربوط به اتصال کوناه عمل خواهد کرد که بدین‌سان نوعی حفاظت پشتیبان فرعی فراهم می‌شود.

فصل دوم
انواع رله

۱ ـ ۲) انواع رله برحسب مورد استعمال
رله برحسب مورد استعمال آن به انواع زیر تقسیم می‌شود:
۱ ـ رله سنجشی
۲ ـ رله زمانی
۳ ـ رله جهت‌یاب
۴ ـ رله خبردهنده
۵ ـ رله کمکی
۱ ـ ۱ ـ ۲) رله سنجشی (Messrelais)
رله سنجشی رله‌ایست که با دقت و حساسیت معینی در موقع تغییر کردن یک کمیت الکتریکی و یا یک کمیت فیزیکی دیگری شروع به کار کند. چنین رله‌ای برای مقدار معینی از یک کمیت مشخصی تنظیم می‌شود و اگر آن کمیت از مقدار تعیین و تنظیم‌شده کمتر و یا بیشتر شود، رله آن تغییرات را می‌سنجد. در اینگونه رله حقیقتاً عمل سنجش انجام می‌شود و رله شبیه به یک دستگاه اندازه‌گیری با تمام مشخصات، محاسن و معایب آن کار می‌کند.
رله سنجشی بر دو نوع است:
الف) رله سنجشی ساده
ب) رله سنجشی مرکب
رله سنجشی ساده اغلب دارای یک سیم‌پیچی تحریک‌شونده می‌باشد که در اثر تغییر جریان و یا ولتاژ تحریک و موجب وصل شدن کنتاکتی می‌شود (رله حرارتی، رله جریان زیاد و رله فشار کم)
رله سنجشی مرکب حداقل دارای دو سیم‌پیچی تحریک‌شونده می‌باشد. مثل رله‌ای که نسبت ولتاژ و جریان را می‌سنجد (رله سنجش مقاومت ظاهری). به کمک چنین سنجشی می‌توان آن قسمت از شبکه را که اتصالی شده است از مدار جدا کرد (رله دیستانس)

۲ ـ ۱ ـ ۲) رله زمانی (Zeitrelais)
رله زمانی موثرترین عنصر یک رله در حفاظت موضعی است. رله زمانی نه تنها در حفاظت تأسیسات الکتریکی بلکه در خودکار کردن آنها نیز مورد استعمال بسیار دارد.
رله زمانی هیچ وقت به تنهایی به‌کار برده نمی‌شود، بلکه با رله سنجشی در حفاظت شبکه الکتریکی مصرف می‌شود و مورد استعمال آن در محلی است که خواسته باشیم عمداً تأ

خیری در عمل قعط و وصل ایجاد کنیم.
دقت یک رله زمانی باید بسیار زیاد و قابل تنظیم تا چند دهم ثانیه باشد. در غیر اینصورت اگر چندین رله زمانی در مداری بطور متوالی نصب شود موجب قطع بی‌موقع قسمتی از شبکه می‌گردد و عمل حفاظت موضعی مختل می‌گردد.
۳ ـ ۱ ـ ۲) رله جهت یاب (Richtungsrelais)
برای کنترل و سنجش توان و نیرو در شبکه الکتریکی و یا قسمتی از شبکه جریان متناوب از رلهء جهت‌یاب استفاده می‌شود. تعیین جهت نیرو برای حفاظت محلی و سلکیتو در اغلب شبکه‌ها کاملاً ضروری و لازم است. به کمک رله جهت‌یاب می‌توان فقط آن قسمت از شبکه که خسارت دیده و معیوب شده است از مدار خارج کرد، حتی می‌توان از این رله جهت حفاظت ژنراتور و توربین در موقع برگشت نیرو نیز استفاده نمود.
۴ ـ ۱ ـ ۲) رله خبردهنده (Melderelais)
وظیفه رله خبردهنده نمایان ساختن و مشخص کردن تغییراتی است که در تغذیه شبکه پیش آمده است خواه این تغییرات تعمدی و یا در اثر اتفاق و خطائی در شبکه، خودبخود بوجود آمده باشد بعبارت دیگر رله خبردهنده نشان می‌دهد که کدام کلید قدرت در اثر خطائی که در شبکه بوجود آمده قطع شده است. بعضی از رله‌های خبردهنده علت قطع شدن و پریدن کلید خودکار را نیز مشخص می‌کند. در ضمن رله خبردهنده نشان می‌دهد که آیا کلید قدرتی که می‌بایست قطع شود، قطع شده یا بعلت اختلالاتی که در مدار فرمان آن موجود است، فرمان قطع به کلید نرسیده و کلید بحالت وصل باقی مانده است.
۵ ـ ۱ ـ ۲) رله کمکی (Hilfs relais)
رله سنجشی اغلب در موقعی که خطائی در شبکه پیش می‌آید عامل بستن کلید یا کنتاکتی است که توسط آن مدار فرمان قطع کلید بسته می‌شود، زیرا نیروی مکانیکی رلهء سنجشی برای قطع کردن کلیدهای قدرت با فنرهای سنگین و محکم به هیچ‌وجه کافی نمی‌باشد.
از این جهت است که رله سنجشی مستقیماً کلید قدرت را قطع نمی‌کند، بلکه موجب تحریک رله دیگری به اسم رله فرعی یا رله کمکی می‌شود. این رله دارای مدار تغذیه جداگانه و مستقلی است و بوسیلهء جریان دائم با ولتاژ ۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت تغذیه می‌شود و دارای چنان نیروئی است که می‌تواند کلیدهای فشار قوی با قدرت زیاد را قطع و وصل کند در ضمن می‌توان از رله کمکی برای نشان دادن نوع خطا نیز استفاده کرد.
یک رله حفاظتی اغلب برای اینکه بتواند وظیفه محافظت خود را به نحو کامل انجام دهد، باید از تعداد زیادی رله سنجشی و رله کمکی و ترانسفورماتور جریان و ولتاژ و مقاومت سری و یکسوک

ننده تشکیل شده باشد. این رله‌های مختلف اعضای یک رله کامل را تشکیل می‌دهد. این عضوها برحسب عملی که انجام می‌دهند به نامهای مختلف از قبیل عضو تحریک‌کننده، عضو جهت‌دهنده، عضو خبردهنده و غیره مشخص می‌شوند.
این عناصر می‌توانند در یک دستگاه جمع شوند و تشکیل یک واحد حفاظتی را بدهند و یا اینکه بطور مجزا و جداگانه در تابلوی حفاظت شبکه نصب گردند.
۲ ـ ۲) انواع رله بر مبنای کمیت اندازه‌گیری

یکی از روشهای دسته‌بندی رله‌ها تقسیم‌بندی براساس وظیفه آنهاست به عبارت دیگر این تقسیم‌بندی براساس پارامتری که رله اندازه می‌گیرد استوار است.
در تقسیم‌بندی که بر مبنای کمیت اندازه‌گیری استوار است رله‌ها براساس تنظیم اولیه معین‌شده کار می‌کنند.
رله‌ها بر مبنای کمیت اندازه‌گیری شامل انواع زیرند:
۱ ـ رله‌های جریانی
۲ ـ رله‌های ولتاژی
۳ ـ رله‌های توان
۴ ـ رله‌های جهت‌دار
۵ ـ رله‌های فرکانسی
۶ ـ رله‌های حرارتی
۷ ـ رله‌های دیستانس
۸ ـ رله‌های تفاضلی
۱ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های جریانی:
این رله‌ها در یک مقدار مشخص جریان (تنظیم جریانی) که قبلاً معین شده است کار می‌کنند رله‌های جریانی شامل رله‌های جریان زیاد و جریان کم هستند.
۲ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های ولتاژی:
این رله‌ها در یک مقدار مشخص از ولتاژ (تنظیم ولتاژی) که قبلاً معین شده است شروع به کار می‌کنند. رله‌های ولتاژی نیز همانند رله‌های جریانی به رله‌های ولتاژ زیاد و رله‌های ولتاژ کم تقسیم می‌شوند.
۳ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های توان:
این رله‌ها براساس یک میزانی از قدرت عمل می‌کنند. رله‌های توان به دو دسته قدرت کم و قدرت زیاد تقسیم می‌شوند.
۴ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های جهت‌دار:

ـ جریان متناوب: این رله‌ها براساس ارتباط زاویه فاز بین کمیت‌های آن عمل می‌کنند.
ـ جریان مستقیم: رله‌های جهت‌دار براساس جهت جریان عمل کرده و معمولاً رله‌های با مغناطیس دایم و سیم‌پیچ متحرک هستند.
۵ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های فرکانسی:
رله‌های فرکانسی براساس فرکانس از قبل تعیین‌شده عمل می‌نمایند. این رله‌ها شامل فرکانس کم و فرکانس زیاد هستند.

۶ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های حرارتی:
رله‌های حرارتی بعنوان عناصر حفاظتی در یک درجه حرارت تعیین‌شده عمل می‌نمایند.
۷ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های دیستانس:

رله‌های دیستانس بر طبق فاصله بین ترانسفورماتورهای حفاظتی و خطا عمل می‌کنند. به عبارت دیگر فاصله به کمیاتی چون مقاومت، راکتانس یا امپدانس، تبدیل شده و اندازه‌گیری می‌شود.
۸ ـ ۲ ـ ۲) رله‌های تفاضلی:
عملکرد این رله‌ها براساس تفاضل مقداری یا برداری دو کمیت همچون جریان الکتریکی یا ولتاژ استوار است.
رله‌های حفاظتی از یک یا چند واحد تشخیص‌دهنده خطا به همراه واحدهای کمکی ضروری تشکیل شده‌اند. واحدهای اساسی برای سیستم‌های حفاظتی می‌توانند به واحدهای الکترومکانیکی، استاتیکی، نیمه‌هادیها و میکروپروسسوری تقسیم شوند. رله‌های الکترومکانیکی به رله‌های جذب مغناطیسی، القاء مغناطیسی و یا دارسونوال و حرارتی تقسیم‌بندی می‌شوند. رله‌های استاتیکی دارای اجزائی با قدرت کم هستند که در قالب تقویت‌کننده‌های عملیاتی طراحی شده‌اند. حفاظت‌های میکروپروسسوری به مانند سیستم‌های با برنامه کار می‌کنند و می‌توان روی آنها برنامه‌ریزی کرد و همچنین دارای قابلیت انعطاف زیادی هستند.
از طرفی می‌توان سیستم‌های حفاظتی را از نظر نوع تجهیزاتی که حفاظت می‌کنند، تقسیم‌بندی کرد که این دو نوع تقسیم‌بندی به سیستم‌های واحد و غیرواحد معروفند.
الف) سیستم واحد:
سیستم حفاظتی به نحوی طراحی شده است که فقط برای شرایط غیرعادی در منطقه حفاظت‌شده شبکه قدرت عمل کند. و به سیستم حفاظتی واحد معروف است.
ب) سیستم غیرواحد:
سیستم حفاظتی طوری طراحی شده است که تنها از یک قطعه واحد تجهیزات شبکه حفاظت نمی‌کند و یا نواحی قطع آن به‌طور مشخص تعریف شده است که به سیستم حفاظت غیرواحد موسم است رله‌های جریان زیاد و دیستانس از نوع رله‌های غیرواحد هستند.

فصل سوم
حفاظت تفاضلی

مقدمه:
سیستمهایی که فقط برای ناحیه حفاظتی تعریف شده عمل می‌کنند و در خارج از آن ناحیه به هیچ‌وجه عمل نمی‌نمایند، سیستمهای حفاظت واحد نامیده می‌شوند. یکی از انواع مشهور این سیستمها، حفاظت تفاضلی است.
حفاظت تفاضلی از نوع حفاظت انتخاب‌کننده مطلق می‌باشد. اساس کار این نوع حافظت بر مبنای اندازه‌گیری دامنه و زاویه جریانهای دو طرف ناحیه حفاظت‌شده می‌باشد. در این نوع سیستمها اغلب از سیمهای پیلوت به عنوان یک وسیله ارتباطی استفاده می‌شود که جهت حفاظت خطوط کوتاه به‌کار می‌رود. امروزه از این سیستم جهت خطوط بلند هم استفاده می‌شود با این تفاوت که در این حالت PLC یا میکروویو، جهت واسطه ارتباطی به‌کار گرفته می‌شوند. پس این نوع حفاظت حتماً احتیاج به یک سیستم ارتباطی دارد و بدون ارتباط، حفاظت وجود نخواهد داشت; به همین خاطر در طرحهای عملی، در کنار این سیستم از حفاظت انتخاب‌کننده نسبی نیز کمک گرفته می‌شود.
معمولاً دو سری ترانسفورماتور جریان داریم که دروازه‌های ورودی و خروجی (مرزهای) به آ

ن ناحیه حفاظتی هستند. جریان ورودی به ناحیه حفاظت شده باید با جریان خروجی از ناحیه در شرایط ایده‌آل سالم برابر باشد. وقتی روی سیستم خطا وجود دارد دیگر این دو جریان مساوی نیستند پس می‌توانیم بگوئیم رله تفاضلی براساس اختلاف جریان بین ورودی و خروجی عمل می‌کند. وقتی خطایی رخ نداده باشد، جریان ورودی و خروجی برابرند. جریان از رله نمی‌گ

ذرد اما وقتی خطا در داخل ناحیه حفاظت‌شده رخ دهد این اختلاف از رله می‌گذرد و باعث عمل کردن رله می‌شود. در این نوع رله به کانال ارتباطی بین دو دروازه احتیاج داریم. یک تفاوت اساسی بین این سیستم و سیستم رلهء واحد رله‌های دیستانس وجود دارد; در آنجا فقط یک سیگنال قطع فرستاده می‌شود اما در اینجا خود سیگنال جریان یا ولتاژ در کانال ارتباطی سیستم (پیلوت) برقرار می‌شود شکل (۱) طرح کلی یک سیستم حفاظت تفاضلی را نشان می‌دهد.

شکل (۱) سیستم حفاظت تفاضلی

۱ ـ ۳) انواع سیستمهای حفاظت تفاضلی
دو نوع سیستم حفاظت تفاضلی وجود دارد:
۱ ـ سیستم جریان گردش که در مورد المانهای با طول کوتاه در سیستم قدرت به‌کار برده می‌شود; مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، و شینه‌ها که فاصله بین دروازه ورودی و خروجی در آنها طولانی نیست.
۲ ـ سیستم ولتاژ متقارن که برای نواحی حفاظتی طولانی مثل خط توزیع به‌کار برده می‌شود.
۱ ـ ۱ ـ ۳) سیستمهای حفاظت جریان گردشی
شمای کل حفاظت جریان گردش بصورت شکل زیر می‌باشد. جریان ۱I توسط ترانسفورماتور جریان اول (۱CT) و جریان ۲I توسط ترانسفورماتور جریان دوم (۲C.T) منتقل می‌شوند. اگر ناحیه حفاظتی شینه باشد. نسبت تبدیل C.Tها با هم برابر است. ولی اگر ناحیه حفاظتی، ترانسفورماتور باشد، نسبت تبدیل C.Tها ممکن است یکسان نباشد. در هر دو حالت سیستم به‌گونه‌ای است که به ازای جریان بار یا خطا در خارج از ناحیه حفاظتی، جریانهای ۱I و ۲I با هم برابرند.

شکل (۲) ساختار کاربرد رله تفاضلی
اگر ۲I = 1I باشد ولتاژ دو سر (vxy) صفر خواهد بود و بنابراین جریان از آن نمی‌گذرد (شرایط ایده‌آل)

رله برای شرایط بار و خطای خارج از ناحیه حفاظتی‌اش باید پایدار باشد لذا در رله تفاضلی نیز بدترین شرایطی را که رله باید در آنها پایدار باشد منظور نموده و پارامترها را به‌گونه‌ای محاسبه می‌کنیم که پایداری حاصل آید. یعنی فرض می‌کنیم که بدترین خطای خارج از ناحیه حفاظتی رخ داده باشد. از آن جهت که بطور طبیعی C.Tها کاملاً با هم مشابه نیستند، ممکن است برای بدترین خطای خارج از ناحیه حفاظتی مسئله اشباع آنها پیش بیاید. اگر یکی از C.Tها به اشباع برود، جریان آن کاهش می‌یابد. یعنی در حالت سالم بودن هر دو C.T، جریانهای ثانویه با هم برابر هستند لیکن در حالتی که یکی از C.Tها به اشباع رفته است و C.T دیگری نسبت تبدیل خود را حفظ نموده است. ۱I و ۲I با هم برابر نخواهند بود و چنانچه جریان عبوری از رله، از تنظیم آن بیشتر باشد، رله عمل می‌کند در حالیکه رله نبایستی برای چنین حالتی عمل کند. لذا مشخصات رله باید به‌گونه‌ای باشد که رله عمل نکند و پایدار بماند.
برای پایدارسازی دو روش به‌کار برده می‌‌شود:
الف) استفاده از رله‌های امپدانس بالا و مقاومت پایدارساز
ب) رله‌های بایاس
۲ ـ ۱ ـ ۳) حفاظت تفاضلی با موازنه ولتاژ
چنانچه از حفاظت جریان گردشی، برای حفاظت خطوط استفاده شود جریانها وارد سیمهای پیلوت می‌شوند. در این حالت با توجه به طولانی بودن مسیر سیم‌های ارتباطی (پیلوت)، عملاً امپدانس بزرگی (۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ اهم) دیده می‌شود; این امر باعث افت ولتاژ و مصرف زیاد روی ترانسفورماتور جریان خواهد شد. به عنوان نمونه در شرایط معمول روی C.T با مشخصات KVA1 و ۱ آمپر، KV1 افت ولتاژ خواهیم داشت که چنین مقداری در یک شبکه ممکن نیست.
به عبارت دیگر، اگر چنین سیستمی به فیدرهایی (خطوطی) با طولهای چندین کیلومتر متصل شود به نیروی الکتروموتوری (emf) زیادی نیاز است تا بتواند جریان گردشی حدود ۵ یا ۱ آمپر در بار کامل یا چندین برابر جریان نامی در خطاهای خارجی در حلقه پیلوت بوجود آورد. نتیجه این امر میزان مصرف خیلی زیاد C.Tخواهد بود که برای طرحهای C.Tمعمولی غیرعملی می‌باشد.
لذا به منظور حل این مشکل، یکی از C.Tها را بصورت عکس مطابق شکل (۳) می‌بندیم; در این حالت با بروز یک خطای خارجی، دو نیروی الکتروموتوری (emf) در ثانویه C.Tها در جهت

مخالف یکدیگر بوده و جریان عبوری از دو رله صفر خواهد بود به عبارت دیگر از سیستم تعادل و نامتعادلی ولتاژ استفاده می‌کنیم این سیستم در شرایط بار و ایجاد خطاهای خارجی، باعث اشباع C.Tها می‌شود بدین ترتیب هر دو C.T وارد ناحیه کار غیرخطی خود می‌شوند. بنابراین این سیستم نمی‌تواند مورد استفاده باشد.

شکل (۳) سیستم حفاظتی تعادل ولتاژ

روش دیگری که در اینجا پیشنهاد می‌شود استفادها از C.Tهای خاص است. اگر بتوانیم از

C.Tهایی استفاده کنیم که به اشباع نروند و در گسترهء خطی خود باقی بمانند و در عملکرد رله‌ها اشکال ایجاد نکنند مناسب خواهد بود. بنابراین ما احتیاج به C.Tهای خاصی داریم C.Tهایی که در هستهء آنها فاصلهء هوایی وجود دارد. برای این منظور پیشنهاد می‌شوند. این فاصله هوایی باعث می‌شود که منحنی مشخصه مغناطیس‌شدگی هسته خطی نباشد و مانع به اشباع رفت

ن ترانسفورماتور جریان گردد.
در ساخت این C.Tها باید دقت زیادی صورت پذیرد و از آنجا که مشابه بودن دو C.T بسیار اهمیت دارد باید در ساخت فواصل هوایی یکنواخت دقت شود.
برای کاهش تعداد سیم‌های پیلوت و کاهش هزینه‌ها و افزایش قابلیت اعتماد در سیس

تم و استفاده نکردن از C.Tهای خاص مطابق شکل (۵) از ترانسفورماتورهای جمع‌کننده استفاده می‌کنیم. با این روش علاوه بر استفاده از C.Tهای معمولی، سیم‌های ارتباطی را نیز به دو رشته تقلیل داده‌ایم.
سیستم‌های حفاظتی جدید (مدرن) را اغلب در ترانسفورماتور مجموع استفاده می‌کنند که دارای امتیازات زیر هستند:
الف) C.Tهای خطی در مدارها، دارای طرح معمولی با مصرف کم هستند.
ب) خروجی ترانسفورماتور جمع‌کننده، به یک سیستم پیلوت دو سیمه وصل شده و این خروجی برای تشخیص هر نوع خطا در طرف اولیه خطوط مناسب است.

شکل (۴): مدار کاربرد ترانسفورماتور جریان از نوع ترانسفورماتور با فواصل هوایی یکنواخت

شکل (۵) ترانسفورماتور مجموع در حفاظت با موازنه ولتاژ
ساختمان یک ترانسفورماتور مجموع خیلی شبیه یک C.T است، به جز اینکه اولیه آن دارای پله‌هایی بوده و می‌تواند در ثانویه با یک ثانویه باز عمل کند.
ترانسفورماتور مجموع به‌گونه‌ای طراحی شده است که حتی با ثانویه باز، مصرف بسیار کمی روی C.T تحمیل می‌شود بنابراین می‌توان آن را همانند C.T معمولی طراحی کرد.
۳ ـ ۱ ـ ۳) سیستم‌های حفاظتی موازنه ولتاژ با توجه به اثر سیم پیلوت
طرح حفاظتی سیم پیلوت تعادل ولتاژ در شکل (۶) نشان داده شده است. زمانی این سیستم عمل می‌کند که آمپر دور موثر سیم‌بندی عمل‌کننده بزرگتر از آمپر دور موثر سیم‌بندی بازدارنده باشد. خروجی مدارهای عمل‌کننده و بازدارنده وارد یک مقایسه‌کننده دامنه دو ورودی می‌شوند و اگر ادیستانس مدار پیلوت از مقدار K. Yr تجاوز کرد رله فرمان قطع صادر می‌کند.

شکل (۶) اساس تعادل ولتاژ با نمایش پارامترهای سیمهای پیلوت
Yr: ادیستانس مدار بازدارنده
۲ ـ ۳) عوامل موثر در طراحی
۱ ـ ۲ ـ ۳) نوع عنصر رله
عناصر القایی با یک دیسک چرخان بطور وسیع برای طرحهای حفاظتی با سرعت عملکرد متوسط بکار می‌روند. طرح گرایشی عموماً در این عناصر با اضافه کردن یک حلقه مقاومت پایین به یکی از بازوهای هسته الکترومغناطیسی ایجاد می‌گردد.
در سیستمهای سرعت بالا عنصر رله عموماً به‌طور نمونه از نوع دورانی یا کویل حرکت

محوری می‌باشد که در آنها یک کویل، که شامل دو قسمت که به ترتیب برای عملکرد و گرایش بین دو قطب یک مغناطیس دائم عمل می‌کند این رله از نوع d.c بوده و کویلها به وسیله یکسوساز تغذیه می‌شوند.
۲ ـ ۲ ـ ۳) تجهیزات ورودی جریان:

از نقطه نظر اقتصادی مناسب است که هر سیستم تفاضلی حفاظت خط در صورت امکان فقط نیاز به دو هادی پیلوت داشته باشد. این موضوع فقط وقتی قابل حصول است که تجهیزات ورودی جریان برای عناصر رله دارای وسیله‌ای برای کاهش مقادیر ورودی متعدد از یک سیستم سه فاز اولیه به یک سیگنال واحد برای مقایسه در مدار پیلوت باشند.
ساده‌ترین روش تولید یک خروجی تک فاز استفاده از یک سیم و پیچ جمع‌کننده اولیه در یک ترانسفورماتور جریان کمکی واسط می‌باشد.
برای سیستم‌های ولتاژ تعادلی ترانسفورماتور جمع‌کننده کمکی می‌تواند دارای طرح قائم باشد که دارای یک فاصله هوایی در هسته می‌باشد. بطوریکه یک ارتباط خطی به‌طور نامی بین جریان ورودی و ولتاژ خروجی به‌وجود می‌آید.
۳ ـ ۲ ـ ۳) مشخصه‌های پیلوت
در بسیاری از سیستمهای توزیع صنعتی طول سیم پیلوت خیلی کوتاه می‌باشد و اثرات مقاومت و خازن پیلوت و ولتاژهای القاء شده در آن می‌توانند بطور کامل صرفنظر شوند. با وجود این، از آنجایی که بسیاری از طرح‌های حفاظتی دارای تجهیزاتی برای جبران‌سازی اثرات پیلوتهای بلند می‌باشند، باید این اثرات در نظر گرفته می‌شوند.
تغییر وسیع مشخصه‌های سیم پیلوت یک مسئله بزرگ در طراحی حفاظت تفاضلی عملی می‌باشند بخصوص وقتی که وجود خازن‌های موازی باعث اختلاف فازی و دامنه‌ای در جریان پیلوت می‌گردد. دو گروه اصلی هادی پیلوت وجود دارند، که می‌توانند به وسیله مقاومت در واحد طول و نسبت مقاومت به ظرفیت خازن متمایز گردند.
۱ ـ پیلوت‌های با نسبت مقاومت به ظرفیت خازنی کوچک
بطور کلی کابل مسی با سطح مقطع ۵/۲ میلی‌متر مربع برای پیلوتهای این گروه به‌کار گرفته می‌شوند. ظرفیت خازنی بین هسته‌ای در واحد طول این نوع پیلوتها نسبتاً زیاد بوده و این امر عموماً ملاحظه‌ای اساسی در تعیین حداکثر طول فیدر می‌باشد که می‌تواند با آ

رایشهای طراحی شده برای چنین پیلوتهایی حفاظت شود. عملاً همه طرح‌های حفاظتی سیستم‌های توزیع در این مقوله قرار می‌گیرند.
۲ ـ پیلوتهایی با نسبت مقاومت به ظرفیت خازنی بالا
اینها بطور کلی طرح‌های کابل نوع تلفنی هستند که این نوع از پیلوت را به‌کار می‌برند و محدود به خطوط انتقال ولتاژ بالا می‌شوند.
در بسیاری از سیستمهای حفاظتی، مقاومت و ظرفیت خازنی پیلوت برای کاهش خطاها جبران‌سازی می‌گردند.

۴ ـ ۲ ـ ۳ نیازهای عایقی
هنگامیکه یک خطای اتصال زمین بر روی یک خط انتقال رخ می‌دهد، جریان از فاز خطادار عبور می‌کند و یک میدان مغناطیسی متناوب در حول آن به‌وجود می‌آورد. اگر شار مغناطیسی هر هادی، بعنوان مثال سیم پیلوت را قطع نماید ولتاژی در آن القاء می‌گردد. این اثر در بدترین حالت در خطوط هوایی اتفاق می‌افتد، زیرا جریان بازگشتی که می‌تواند یک میدان مغناطیسی مخالف تولید نماید در فاصله‌ای دورتر از زمین عبور می‌کند. در یک سیستم کابلی قسمتی از جریان بازگشتی می‌تواند در غلاف فلزی کابل جریان یابد و بنابراین ولتاژ القایی کوچک خواهد بود. البته اختلافی در پتانسیل زمین دو محل وجود دارد که می‌تواند عایق‌بندی تجهیزات متصل‌شده به پیلوت را تحت فشار قرار دهد.
در یک جفت سیم پیلوت ولتاژ مشابهی در هر سیم القا می‌گردد و بنابراین ولتاژ بین دو سیم پیلوت عملاً صفر است، که این ولتاژ القایی بین دو انتهای پیلوت می‌باشد. برای جلوگیری از ایجاد جریان گردشی توسط ولتاژ القایی، مدار پیلوت از زمین ایزوله می‌شود و همه تجهیزات متصل به پیلوت باید نسبت به زمین در سطحی عایق شوند که مانع از آسیب رسیدن توسط ولتاژهای القایی گردند.
۵ ـ ۲ ـ ۳) حساسیت:
اتصالات متداول به یک ترانسفورماتور جمع‌کننده، پایین‌ترین تنظیم‌ها را برای خطاهای زمین می‌دهند، که به‌طور نمونه در محدوده ۱۰ تا ۴۰ درصد جریان نامی می‌باشند. تنظیمهای خطای فازی بالاتر هستند و رابطه آنها وابسته به نسبت دورهای سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور جمع‌کننده می‌باشد.
در صورتی که جریان بار عبوری در سطحی جاری شود که وابسته به نسبت ترانسفورماتور جریان جمع‌کننده و مشخصه گرایشی باشد استفاده از گرایش در سیستمهای حفاظتی منجر به تنظیم‌های بالاتری می‌شود، تنظیم‌ها به مقداری متناسب با گرایش افزایش می‌یابند، اما تنظیمی می‌تواند استفاده شود که ممکن است به صورت خطرناکی برای یک طرح بدون گرایش پایین باشد.
۶ ـ ۲ ـ ۳) نیازهای پایداری
الف) شرایط خطای عبوری:
مسئله‌ای که تحت شرایط سه فاز وجود دارد جریان سرریز می‌باشد که در اتصال صفر ترانسفورماتور جریان جاری می‌شود و بنابراین از قسمت عمده سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان جمع‌کننده عبور می‌کند. با بکارگیری یک مقاومت پایدارکننده به‌طور سری در اتصال صفر، جریان سرریز می‌تواند کاهش یابد و بنابراین پایداری سه فاز بهبود حاصل نماید.
ب)شرایط جریان هجومی مغناطیس‌کننده:
خطوط و بخصوص ترکیب خط و ترانسفورماتور، ممکن است در معرض جریان هجومی مغناطیس‌کننده، وقتی که ترانسفورماتورهای قدرت برق‌دار می‌شوند، قرار گیرند. جریان مغناطیس‌کنندگی از هر پایانه خط عبور می‌کند، اما ممکن است باعث افزایش جریان‌های نابرابر در ترانسفورماتورهای جریان اصلی حفاظت خط گردد. به این دلیل یک طرح گرایشی‌ هارمونیکی به بعضی سیستم‌های حفاظتی اضافه می‌گردد.

ج) جریان شارژکننده خط:
جریان شارژکننده که توسط یک خط کشیده می‌شود فقط می‌تواند از یک انتهای خط عبور کند و بنابراین قادر است که یک سیستم حفاظتی را نامتعادل کرده و منجر به تریپ مدار شود در خطوط انتقال هوایی، جریان شارژکننده بسیار کمتر از سطح عملکرد حفاظتی می‌باشد و بنابراین می‌توان از آن صرفنظر کرد. ولیکن کابلها دارای سطوح بالاتری از جریان شارژکننده هستند و این امر می‌تواند حداقل سطوح مجاز عملکرد را برای تضمین پایداری حفاظتی تعیین کند. معمولاً در رله‌ها وسیله‌ای برای افزایش حداقل تنظیم در مواقع ضروری کار گذاشته می‌شود.
۳ ـ ۳) تجهیزات کمکی
۱ ـ ۳ ـ ۳) رله‌های چک‌کننده یا راه‌اندازی
وقتی که تنظیم سه فاز یک سیستم حفاظت تفاضلی کمتر از جریان بار باشد خرابی مد

ار پیلوت می‌‌تواند باعث عملکرد ناخواسته حفاظت شود. بنابراین وقتی که نمی‌توان از سالم بودن مدار پیلوت مطمئن بود روش معمول این است که از رله‌‌های راه‌اندازی یا چک‌کننده همراه با حفاظت اصلی استفاده شود، به‌طوری که تنظیم موثر سه فاز از حداکثر سطح بار تجاوز نماید. رله‌های چک‌کننده یا راه‌اندازی معمولاً از نوع آرمیچر جذبی می‌باشند که کویلهای آنها به سرهای قرمز، آبی و صفر اتصالات ثانویه ترانسفورماتورهای جریان اصلی متصل می‌باشند.
رله‌های راه‌اندازی، رله‌هایی هستند که به صورتی ترتیب داده شده‌اند که در حالت خاموش مانع عملکرد حفاظت اصلی، به عنوان نمونه با اتصال کوتاه کردن مدار عملکرد آن به وسیله کنتاکت‌های حالت عادی بسته می‌شوند. رله‌های چک‌کننده کنتاکتهایشان بصورت سری ب کنتاکت‌های تریپ حفاظت اصلی می‌باشند.
۲ ـ ۳ ـ ۳) تجهیزات نظارت پیلوت
در نظارت سیم پیلوت، یک جریان d.c سطح پایین در انتهای A تزریق شده و در انتهای B آشکار می‌گردد. در انتهای A یک واحد یکسوساز ترانسفورماتوری به وسیله منبع تغذیه ۲۴۰ ولت، ۵۰ هرتز تغذیه می‌گردد خروجی با وسیله واحد فیلتر صاف شده و رله، قطع تغذیه نظارتی را آشکار می‌نماید.
یک رله هشداردهنده مشابه، که بطور مناسبی قطبی شده است، در مدار پیلوت در انتهای دیگر خط وصل می‌گردد، بطوریکه وضعیتهای اتصال باز، اتصال کوتاه یا تقاطع پیلوتی را می‌تواند آشکار نماید. عناصر ساده تأخیر زمانی در هر انتهای خط به‌کار گرفته می‌شوند تا مانع از اعلام هشدار در هنگام شرایط خطا شوند. یک عیب این سیستم این است که رله هشداردهنده در یک نقطه دور قرار دارد. طرح‌های نظارتی وجود دارند که مدار پیلوت بوسیلهء روش پل وتستون نظارت می‌گردد، که در آن حلقهء پیلوت بعنوان یک بازوی پل می‌باشد. اگر مقاومت حلقه پیلوت بیش از یک محدودهء از قبل تعیین‌شده که قابل تنظیم بین ۵%± و ۲۰%± می‌باشد تغییر کند، در آن صورت یک آشکارساز عمل می‌نماید.
در بسیاری از سیستمهای صنعتی هیچ‌گونه کمبودی از نظر سیمهای پیلوت وجود ندارد و کافی است که سالم بودن کابلهای چند سیمه پایش شود. این موضوع می‌تواند با پایش هسته‌های ذخیره کابل حاصل شود.
۴ ـ ۳) روشهای انتقال اطلاعات در حفاظت تفاضلی
حفاظت در سیستم‌های قدرت باید به‌گونه‌ای باشد که نواحی حفاظتی به صورت روی هم بوده و حفاظت به صورت واحد نباشد، تا تمام سیستم قدرت تحت حفاظت قرار گیرد و هیچ بخشی از آن بدون حفاظت نماند. اگر خطایی در سیستم قدرت رخ داد باید فقط رله‌هایی که آن ناحیه را می‌پوشانند عمل کنند تا هیچ قسمتی از سیستم قدرت بدون جهت قطع نگردد اگر خطایی در یک ناحیه اتفاق بیفتد و فقط رله‌های مربوط به آن ناحیه عمل کنند، به این نوع حفاظت، حفاظت مطلق انتخاب‌شده گویند. یعنی هر رله در ناحیه حفاظتی خودش عمل می‌کند. سیستم حفاظتی

انتخاب‌شده همان حفاظت واحد است، که یک نمونه از طرحهای حفاظت تفاضلی واحد با استفاده از سیم‌های پیلوت می‌باشد.
طرحهای حفاظت تفاضلی با استفاده از سیم‌های پیلوت دارای محدودیتهایی در طول می‌باشند که حداکثر آن در حدود ۲۵ کیلومتر است. این سیم‌های پیلوت یا بصورت کابلهای مخصوص هستند که در زیرزمین دفن شده‌اند و یا بصورت خطوط تلفن شرکت مخابرات استفاده می‌شوند. حفاظت تفاضلی برای خطوط انتقال انرژی همانند حفاظت تفاضلی استفاده شده برای ژنراتور و

ترانسفورماتور است. یعنی با قرار دادن وسایل اندازه‌گیری در ابتدا و انتهای خط انتقال، از ولتاژ یا جریان، نمونه‌برداری می‌شود. سپس این مقادیر مقایسه می‌شوند. این مقایسه در بعضی موارد مقایسه دامنه و در برخی حالات اختلاف فاز است. درنتیجه برای یک خط انتقال سه فاز بایست

ی برای هر فاز یک سیم پیلوت قرار داد. ولی برای جلوگیری از این کار و جهت تامین اهداف اقتصادی، توسط ابزاری در ابتدا و انتهای خط انتقال نمونه‌هایی را که ولتاژ جریان سه‌فازه می‌شود. به سیستم تک فاز تبدیل می‌کنند و طرح مقایسه دامنه و یا فاز، روی این مقادیر تک فاز، انجام می‌شود. معمولا مقایسه دامنه برای طولهای کم (خط‌های کوتاه) و مقایسه اختلاف فاز برای طولهای زیاد (خط‌های طولانی) انجام می‌گیرد.
روش‌های دیگری که برای حفاظت تفاضلی خط انتقال به کار برده می‌شوند بدین صورت است که برای انتقال اطلاعات بین ابتدا و انتهای خط از هادیهای خطوط انتقال استفاده می‌شود. یعنی خطوط انتقال در این حالت علاوه بر انتقال نیرو، انتقال اطلاعات بین ابتدا و انتهای خط را نیز به عهده دارند که به این سیستم PLC می‌گویند. در این حالت اطلاعات گرفته شده از ابتدا و انتهای خط ، به سیگنال با فرکانس بالا تبدیل شده که این سیگنالها می‌توانند روی سیم‌های انتقال به فواصل دور انتقال داده شوند.
اگرچه وسایل و تجهیزات به کار رفته در این روشها با یکدیگر متفاوتند ولی هرکدام از طرحها مقدار زیادی با یکدیگر وجه اشتراک دارند. اشتراک اصلی آنها در سیستم‌های مقایسه‌کننده آنهاست، یعنی در هر دو سیستم، نمونه گرفته شده از دو انتها با یکدیگر مقایسه می‌شوند.
روش دیگر استفاده از لینکهای رادیویی می‌باشد. در این روش از کانال امواج رادیویی با فرکانس بالا برا ی انتقال اطلاعات بین ابتدا و انتهای خط استفاده می‌شود که یک روش بسیار جالب در حفاظت خطوط انتقال است.
اساس و مبنای روشهای گفته شده برای حفاظت تفاضلی فیدر در شکل (۷) نشان داده شده است.

شکل (۷) اساس سیستم حفاظت تفاضلی با استفاده از سیستم PLC

C.T : ترانس جریان
F.C : آشکارساز خطا
S.D : عضو جمع کننده
T/R : دریافت‌کننده

۵-۳) منحنی مشخصه ایده‌آل طرحهای حفاظت تفاضلی توسط سیم پایلوت
در شکلهای (۸) و (۹) دو نمونه از منحنی مشخصه‌های طرح‌های حفاظت تفاضلی نشان داده شده است که برحسب نسبت موثر خروجیها، از وسایل و ابزار جمع‌کننده در دو انتهای خط حفاظت‌شده در دو سوی محور قائم، جدا شده‌اند. همانطوریکه از روی شکل پیداست منحنی مشخصه دایره‌ای شکل از مقایسه فاز و دامنه به دست می‌آید. در صورتیکه اگر فقط دامنه‌ها مقایسه شوند یک خط راست به دست خواهد آمد.
سیستم حفاظت با سیم پیلوت می‌تواند دارای هر دو منحنی باشد. ولی سیستم‌های جریان انتقال فقط می‌تواند یک مقایسه فاز کوچک را نشان دهند. ناحیه مکان به طور ایده‌آل برای طرح حفاظت تفاضلی باید نقطه ۱<0 از صفحه مختلط IA/IB<f در برداشته باشد.

شکل (۸) : مقایسه فاز

شکل (۸) : مقایسه فاز

شکل (۹) : مقایسه فاز و دامنه

فصل چهارم
رله‌های پیلوتی سیمی

مقدمه :
اصطلاح “پیلوتی” به این معنی است که در انتهای خط انتقال نیرو را نوعی کانال به هم می‌پی

وندد که به کار مبادله اطلاعات می‌آید. امروزه سه نوع از این کانالها وجود دارد که آنها را “پیلوت سیمی” “پیلوت جریان کاریر” و “پیلوت میکروموج” می‌گویند.
پیلوت سیمی معمولا از مدار دو سیمه‌ای از نوع خطوط تلفنی بصورت لخت یا کابل تشکیل می‌شود و غالبا اینگونه مدارها را از شرکت تلفن محل، اجاره می‌کنند. پیلوت جریان کاریر ویژه رله‌گذاری حفاظتی ٍ آن است که جریانهای فشار ضعیف پربسامد (بین ۳۰ تا ۲۰ کیلوسیکل) در طول یکی از سیمهای خط انتقال نیرو به گیرنده‌ای واقع در سر دیگر منتقل می‌شود و زمین و سیم زمین معمولا به جای سیم برگشت عمل می‌کنند.

پیلوت میکروموج، سیستم رادیویی پربسامدی است که در فرکانسهای بالای ۹۰۰ مگاسیکل کار می‌کند. پیلوت سیمی، بیشتر برای فواصل ۸ تا ۱۶ کیلومتر اقتصادی است و بعد از آن غالبا پیلوت جریان کاریر باصرفه‌تر خواهد بود.
پیلوتهای میکروموج هنگامی به کار می‌روند که تعداد خطوطی که نیاز به کانال پیلوت دارند از ظرفیت فنی و اقتصادی جریان کاریر بیشتر شود.
۱-۴) مزیت پیلوت
شکل (۱) نمودار تک خطی یک قطعه خط انتقال نیرو بین ایستگاه‌های BوA است که قسمتی از قطعه مجاور بعد از ایستگاه B را نیز نشان می‌دهد.

شکل (۱) : قطعه خط انتقال نیرو برا ی نشان دادن مزیت پیلوت
فرض کنیم در ایستگاه A هستیم و در آنجا وسایل اندازه‌گیری بسیار دقیقی برای خواندن ولتاژ جریان و اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان قطعه خط AB در اختیار داریم. با دانستن مشخصه‌های امپدانس واحد طول خط و فاصله بین BوA می‌توان مانند رله فاصله، اختلاف بین اتصال کوتاه را در دو نقطه C واقع در وسطهای خط و D واقع در آخرهای آن تشخیص داد. اما احتمالا نمی‌توان بین اتصال کوتاه در نقطه D و عیبی که در نقطه E، بعد از کلید قطع خط مجاور پیدا شود تغییر داد، زیرا امپدانس بین EوD آنچنان کوچک خواهد بود که اختلاف ایجاد شده در اندازه‌گیری کمیتها قابل چشم‌پوشی است. حتی اگر اختلاف مختصری را هم نشان دهند، نمی‌توان مطمئن بود که چه مقدار از این اختلاف در اثر خطا (هرچندکم) در وسایل اندازه‌گیری یا مبدلهای ولتاژ و جریانی است که وسایل اندازه‌گیری را تغذیه می‌کنند و یقینا اگر امواج انحرافی جریان هم در کار آیند، دشواری مسئله بیشتر خواهد شد. در چنین وضعی قبول این مسئولیت که کلید برای اتصالی در نقطه D قطع کند اما برای E قطع نکند آسان نخواهد بود.
اما اگر در ایستگاه B مستقر باشیم، علی‌رغم خطا در وسایل اندازه‌گیری یا منابع تغذیه و اینکه موجهای انحرافی در کار باشد یا نباشد می‌توان قطعا تعیین کرد که آیا عیب در نقطه D بوده

یا در E. زیرا عملا در این مورد سوی جریانها کاملا معکوس است و به عبارت دیگر تقریبا ۱۸۰ اختلاف فاز وجود دارد.
بنابراین آنچه در ایستگاه A لازم داریم نوعی نشانه است که چه وقت زاویه فاز جریان در ایستگاه B (نسبت به جریان در A) تقریبا ۱۸۰ درجه با زاویه فاز جریان اتصال کوتاه در قطعه خط مورد حفاظت، اختلاف پیدا کرد علامتی به ایستگاه اول فرستاده شود.
۲-۴) پیلوتهای قطع‌کننده و سدکننده
حال که معلوم شد فایده پیلوت، انتقال پاره‌ای علامات از یک سر قطعه خط به سر دیگر است تا

 می‌آیند به‌کار بسته شود. اگر وسایل رله‌گذاری یک سر خط باید نمونه جریان یا علامتی را از سر دیگر دریافت کنند تا جلوی قطع را در آن سر بگیرند پیلوت را “سدکننده” می‌‌گویند. اما اگر یک سر نتواند بدون دریافت علامت یا نمونه جریان از سر دیگر قطع شود پیلوت را “قطع‌کننده” می‌نامند. بطور کلی اگر یک دستگاه رله‌گذاری پیلوتی در یک سر خط بتواند در حالی‌که کلید سر دیگر خط، بسته است اما جریانی در آن سر وجود ندارد بر روی اتصالی در خط قطع کند آن را پیلوت سدکننده و در غیر اینصورت، قطع‌کننده می‌خوانند. احتمالاً از مطالب بالا آشکار می‌شود که پیلوت سدکننده اگر نوع مطلوب هم نباشد بر پیلوت قطع‌کننده ترجیح دارد.
۳ ـ ۴) رله‌‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان مستقیم
از وسایل رله‌گذاری پیلوتی سیمی مختلفی که تاکنون ابداع شده‌اند، هنوز بسیاری مشغول به‌کارند و در آنها علامتهای جریان مستقیم با صورتهای گوناگونی بر روی سیم پیلوت منتقل می‌شوند.
برای پاره‌ای از کاربردها بعضی از این ترتیبات از امتیازهایی برخوردارند. خاصه اگر فواصل کوتاه باشد و یا در بین راه در یک یا چند نقطه از خط، انشعابهایی گرفته شود. ولی می‌توان گفت که امروزه رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان مستقیم جز برای پاره‌ای کاربردهای خاص، متروک شده است. در هر صورت، مطالعه بر روی این نوع می‌تواند برخی نیازهای اساسی را که در مورد وسایل رله‌گذاری پیلوتی امروزی هم صدق می‌کند روشن سازد.
مثالی از رله‌گذاری پیلوتی با جریان مستقیم در شکل (۲) نشان داده شده است. تجهیزات رله‌گذاری سه ایستگاه در یک مدار متوالی شامل سیمهای پیلوت و یک باتری واقع در ایستگاه A نشان داده شده‌اند. معمولاً باتری، سبب گذر جریان از کنتاکتهای نوع ”b“ در رله اضافه جریان و پیچک رله ناظر در هر ایستگاه می‌شود اگر اتصال کوتاهی در قطعه خط انتقال نیرو روی دهد، رله اضافی جریان، کنتاکت ”b“ خود را در هر ایستگاهی که جریان اتصال کوتاه بگذرد باز خواهد کرد. اگر گذر جریان اتصال کوتاه در ایستگاه مفروضی رو به سوی خط باشد، رله سودار آن ایستگاه،

کنتاکهای ”a“ خود را خواهد بست و بدین ترتیب مدار در این ایستگاه طوری تغییر وضع می‌دهد که به جای رله ناظر، رله قطع‌کننده کمکی را دربر گیرد. اگر این حالت در دیگر ایستگاهها هم روی دهد، جریان از همه رله‌های کمکی قطع‌کننده در همه ایستگاهها خواهد گذشت و تمام کلیدهای سرخط قطع خواهد شد. ولی اگر اتصالی در خارج از قطعه خط اتفاق بیفتد، رله اضافه جریان واقع در ایستگاهی که به محل عیب نزدیکتر است برداشت خواهد کرد اما کنتاکتهای رله سودار از بابت سوی جریان، بسته نمی‌شود و مدار در آن نقطه بازخواهد ماند و در نتیجه، جلوی وقوع قطع را در ایستگاههای دیگر خواهد گرفت. اگر یک اتصالی داخلی روی دهد که در اثر آن گذر جریان اتصالا جریان سیم پیلوت از رله کمکی ناظر می‌گذرد .

شکل (۲): نمایش وسایل رله‌گذاری پیلوتی سیمی یا جریان مستقیم

D: رله سودار از نوع ادمیتانس با مهار ولتاژ :O رله اضافی جریان
T: رله کمکی قطع‌کننده S:رله کمکی ناظر
Pw: سیم پیلوت
و باز هم قطع در دو ایستگاه دیگر صورت می‌گیرد. (رله ناظر نه تنها مسیر عبور جریان را به شرح بالا برای عمل قطع فراهم می‌کنند بلکه می‌توانند در هنگامی هم که مدار سیمهای پیلوت، باز یا اتصال کوتاه می‌شود آژیری را به‌کار اندازند). پس این آرایش، مشخصات پیلوت سدکننده را دارد که در آن علامت سدکننده همان قطع جریان در مدار پیلوت است. ولی اگر رله اضافه جریان و رلهء ناظر را از مدار حذف کنیم به پیلوت قطع‌کننده مبدل می‌شود زیرا در هیچ ایستگاهی نمی‌تواند عمل قطع صورت گیرد مگر آنکه همهء رله‌های سودار، کنتاکتهای خود را ببندند و اگر جریان اتصال کوتاه از یک سر به سوی داخل نرود قطع غیرممکن خواهد بود.

۴ ـ ۴) رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان متناوب:
در رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان متناوب، مقدار جریانی که از مدار پیلوت می‌گذرد محدود است و فقط به یک پیلوت دو سیمه نیاز خواهد بود. این دو خصیصه، رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان متناوب را از نظر اقتصادی در فواصل بیشتر، موجه‌‌تر از رله‌گذاری تفاضلی جریان می‌سازد در اینجا باید دو اصطلاح تازه برای تشریح اصول کار آشنا می‌شویم: “جریان گردشی” و “ولتاژ متقابل”. جریان گردشی بدین معنی است که جریان معمولاً در مبدلهای جریان سر خط و پیلوت به گردش درمی‌آید و “ولتاژ متقابل” یعنی جریان بطور معمول در پیلوت به گردش درنمی‌آید.
در شکل (۳) در هر سر پیلوت یک رله توازن جریان به‌کار رفته است تا مجبور نشویم یک مدار قطع‌کننده در تمام طول پیلوت بکشیم.

شکل (۳) نمایش اصلی جریان گردشی در رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان متناوب
در شکل (۴) رله‌ای از نوع توازن جریان در هر سر، به‌کار رفته و مبدلهای جریان طوری هم‌بندی شده‌اند که وقتی جریان از طول خط به طرف بار مصرفی یا اتصالی خارجی بگذرد ولتاژهای پیچکهای مهار در دو سر پیلوت با یکدیگر مقابله می‌کنند. در نتیجه با فرض آنکه بین خروجیهای مبدلهای جریان، عدم توازنی نباشد هیچ جریانی جز جریان شارژ‌کننده از پیلوت نخواهد گذشت. پیچکهای مهار از عملکرد رله در اثر این‌گونه جریانهای نامتوازن جلوگیری می‌کنند. اما اگر اتصال کوتاهی در درون قطعه خط روی دهد. جریان در پیلوت به گردش درآمده رله‌های هر دو سر را به‌کار می‌اندازد. جریان از پیچکهای مهار نیز می‌گذرد اما اگر رله، درست به‌کار گرفته شود این جریان برای جلوگیری از عملکرد رله کافی نخواهد بود امپدانس مدار پیلوت از این بابت عامل حاکم به حساب می‌آید.

شکل (۴) نمایش اصل ولتاژ متقابل در رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان متناوب

خصیصه‌هایی که رله‌گذاری پیلوتی سیمی با جریان متناوب را در فواصلی که این نوع رله‌گذاری به‌کار می‌رود از نظر اقتصادی موجه می‌سازد این است که تنها به دو رشته سیم نیاز دارد. برای آنکه بتوان دو رشته سیم به‌کار برد نیاز به وسایلی است که با کمک آنها بتوان نمونه‌های تک فازی را به نمایندگی از جریان‌های سه فاز و زمین در دو سر خط انتقال بدست آورد به‌طوری که این نمونه‌

ها بتوانند در روی پیلوت با هم مقایسه شوند. بدست آوردن نمونه به صورتی که برای اتصالی‌های خارجی یعنی برای آنهایی که جریان اتصالی از یک سر خط وارد و از سر دیگر بدون دگرگونی عمده خارج می‌شود عمل قطع، رخ ندهد کار نسبتاً ساده‌ای است. مشکل واقعی آنجاست که این نمونه‌ها را طوری استخراج کنیم که وقتی اتصالی داخلی پیش می‌آید یعنی هنگامی که جریان‌های وارد به دو سر خط احتمالاً اختلاف زیادی با هم دارند انجام عمل قطع، مطمئن باشد. آنچه باید از آن پرهیز کرد به اصطلاح “نقطه کور” است.