آخرین اخبار

انواع خطا‌های رایج کابل‌ها عبارتند از:خطا‌های الکتریکی،خطا‌های مکانیکی،خطا‌های گرمایی،آسیب پوشش فلزی (نیمه رسانا)،اتصال ضعیف پوشش فلزی، هر کدام از خطا‌ها در ادامه به ترتیب توضیح داده می‌شوند.

انواع خطا‌های رایج

خطا‌های کابل‌ها عبارتند از:

خطا‌های الکتریکی
خطا‌های مکانیکی
خطا‌های گرمایی
آسیب پوشش فلزی (نیمه رسانا)
اتصال ضعیف پوشش فلزی

هر کدام از خطا‌ها در ادامه به ترتیب توضیح داده می‌شوند.

خطا‌های الکتریکی

خطا‌های الکتریکی شامل صاعقه، نوسانات شدید ولتاژ به خاطر سوئیچ کردن و تخلیه‌های جزئی می‌باشند.

تخلیه‌های جزئی ممکن است به سبب طراحی ضعیف عایق بندی سیستم یا ایرادات در زمان ساخت و یا نصب کابل به وجود آیند.

خطا‌های مکانیکی

خطای مکانیکی می‌تواند در هنگام نصب به سبب استفاده از فشار بیش از حد و یا تجاوز از حداقل شعاع خمش روی دهد.

کابل‌ها هم می‌تواند در هنگام ساخت و ساز آسیب ببینند یا این که تجهیزات حمل و نقل زمینی به کابل یا به داکت‌های کابل آسیب برسانند.

خمیدگی و پیچش

در حین نصب یا در زمان سرویس دهی ممکن است فشار‌های کششی غیر قابل جبران ناپذیری به رسانا‌های کابل وارد شود.

خطا‌های گرمایی

خطا‌های گرمایی منجر به خرابی عایق بندی کابل و خصوصیات فیزیکی آن شده و دلیل آن بارگذاری بیش از ظرفیت طراحی شده کابل برای دوره‌های طولانی و / یا شرایط دمایی بیش از حد محیط می‌باشد که اگر ضرایب دی ریتینگ دمایی لحاظ نشده باشد و از کابل بیش از حد جریان کشیده شود باعث گرم شدن و آسیب به آن می‌شود

آسیب پوشش فلزی (نیمه رسانا)

این حالت خرابی باعث می‌شود که شیلد و پوشش‌های کابل کارایی مناسب را نداشته باشند. برای آن که پوشش کار خود را به درستی انجام دهد، مقاومت حجمی آن باید همواره تا حد مناسبی پایین باشد. با این حال، وقتی پوشش فلزی آسیب دید، مقاومت حجمی آن تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد.

در دما‌های بالاتر، مقاومت حجمی پوشش فلزی تا حد قابل توجهی افزایش می‌یابد (به سبب پیک بار، جریان‌های نامتعادل، یا جریان‌های چرخان) و سبب افزایش گرادیان‌های ولتاژ در گوشه‌های تیز فلزی می‌شود و این امر منجر به بروز اثر کرونا/تخلیه و جرقه در کابل می‌گردد.

کرونا و جرقه‌ها منجر به خطا احتمالی در عایق کابل‌ها می‌شوند.

اتصال ضعیف پوشش فلزی

در این حالت به دلیل مقاومت بالا پوشش فلزی با پوشش نواری نیمه رسانا اتصال ضعیف پیدا می‌کند و دلیل آن می‌تواند خوردگی بین لایه‌ها و یا ایجاد یک پوسته عایق روی پوشش فلزی باشد.

این گونه شرایط باعث افزایش اختلاف پتانسیل بین پوشش نیمه رسانا و پوشش فلزی می‌شود و سبب جرقه زنی بین این دو پوشش می‌گردد. جرقه زنی منجر به آسیب از بیرون به سمت داخل پوشش نیمه رسانا و عایق کاری و خطای احتمالی کابل شده و اگر چندین ناحیه‌ی اتصال ضعیف یا خرابی بین این دو پوشش وجود داشته باشد، شرایط وخیم‌تر هم می‌گردد.

خرابی‌ها در بیشتر موارد در انتهای ترمینال‌ها یا در اتصالات (جایی که عایق کارخانه در زمان نصب ممکن است آسیب ببیند) ایجاد می‌شود

دلایل خرابی کابل قدرت

مشخص‌ترین دلایل خرابی‌های کابل قدرت به این صورت می‌باشد:

اتصال کوتاه فاز به زمین
اتصال کوتاه فاز به فاز
مقاومت کاهش یافته‌ی عایق
کاهش قدرت دی الکتریکی
تخلیه‌ی جزئی بیش از حد

برخی از دلایل عمده‌ی خرابی کابل عبارتند از:

افزایش عمر
خوردگی پوشش
شکستگی الکتریکی
آتش سوزی و نوسانات صاعقه
گرم شدن کابل‌ها
خطا‌های مکانیکی
رطوبت در محل عایق کاری
انتخاب یا کاربرد نامناسب کابل‌ها

حفاظت تفاضلی (دیفرانسیلی) برای حفاظت فیدر کابل‌ها

روش مطلوب حفاظت هر قطعه از تجهیزات سیستم قدرت، مقایسه‌ی جریان ورودی به آن قطعه تجهیزات با جریان خروجی آن است.

در شرایط عادی، این دو مقدار با هم برابر هستند. اگر این دو جریان برابر نبودند، پس باید خرابی وجود داشته باشد.

این کار از طریق حفاظت تفاضلی انجام می‌شود

فراهم آوردن یک کانال ارتباطی بین انتها‌های یک فیدر برای مقایسه‌ی جریان‌های ورودی و خروجی، اقتصادی و عملیاتی نیست. به این دلیل این نوع حفاظت معمولاً در خطوط کابلی یا فیدر کابل LV و MV استفاده نمی‌گردد و توسط برخی شرکت‌های انتقال برق در کابل‌های HV و بیشتر برای ولتاژ‌های بالاتر از kV۱۲۳ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در این شرایط، از حفاظت تفاضلی به عنوان حفاظت اصلی و از حفاظت جریان بیش از حد به عنوان حفاظت پشتیبان استفاده می‌گردد.

حفاظت اضافه جریان برای کابل‌ها

برای تعریف نوع حفاظت‌های اضافه جریان برای فیدر‌های کابلی، لازم است تا در ابتدا به پیکربندی شبکه نگاهی داشته باشیم.

شبکه‌های توزیع MV شامل چندین نوع پیکربندی هستند: (به زودی یک مقاله راجع به این موضوع انتشار داده می‌شود)

شعاعی (Radial)
حلقوی (Ringed type)
تغذیه‌ی دو طرفه‌ای با نقطه‌ی NO (Double-end feed with NO point)

ترکیبی از انواع شبکه‌های بالا هم برای استفاده پیشنهاد می‌شود و متداول‌ترین پیکربندی ها، پیکربندی‌های شعاعی و تغذیه‌ی دو طرفه با نقطه‌ی NO می‌باشد.

شبکه‌های توزیع LV معمولاً به صورت شعاعی هستند.

شبکه‌های داخلی و خصوصی MV و LV کارگاه‌ها و ساختمان‌ها معمولاً شعاعی می‌باشند، اما در کارگاه‌های بزرگ از تغذیه‌ی دو انتهایی با نقطه‌ی NO ممکن است در شبکه‌های MV استفاده گردد.

فیدر‌های کابلی LV را می‌توان توسط فیوز در مقابل جریان‌های بیش از حد حفاظت کرد (یک راه حل متداول برای شبکه‌های توزیع در اروپا و آمریکای شمالی) یا با رله‌های مغناطیس گرمایی (thermal magnetic devices) در مدارشکن‌ها (Circuit Breakers) این کار را انجام داد.

فیدر‌های کابلی MV مثلاً در شبکه‌های توزیع اروپا و آمریکای شمالی ممکن است توسط فیوز در مقابل جریان‌های بیش از حد مورد حفاظت قرار گیرند.

برای فیدر‌های شعاعی و فیدر دو انتهایی با نقطه‌ی NO، تنها یک نقطه‌ی ممکن برای تغذیه وجود دارد و جریان خطا تنها به صورت یک طرفه خواهد بود. پس حفاظت اضافه جریان را می‌توان برای فراهم آوردن حفاظت مناسب، بکار برد.

رله‌های متداول استفاده شده برای این حفاظت عبارتند از حفاظت اضافه جریان لحظه‌ای (۵۰)، حفاظت اضافه جریان لحظه‌ای زمین (۵۰N)، حفاظت اضافه جریان با تأخیر زمانی (۵۱)، و حفاظت اضافه جریان با تأخیر زمانی زمین (۵۱N) می‌باشد.

جریان وارد شده به فیدر در مدارشکن (Circuit Breaker) به وسیله‌ی CT و مطابق با شکل ۱ اندازه گیری می‌شود.

شکل ۱- طرح حفاظت اضافه جریان

شکل ۱. نمودار سیم کشی حفاظت جریان بیش از حد

اجازه دهید به شرایط فیدر کابلی بین ایستگاه‌های A و B نگاهی بیاندازیم. ایستگاه B در پایین دست ایستگاه A قرار دارد.

حفاظت اضافه جریان در انتهای فیدر در ایستگاه A باید برای تمام خطا‌های فیدر عمل کند، اما برای خطا‌های بعد از فیدر B نباید عمل کند (خطا از بخش پایین دست نباید به بخش بالا دست نفوذ کند)

اگر در ابتدا یک رله‌ی اضافه جریان لحظه‌ای (۵۰) در نظر بگیریم، آن گاه تنظیمات آن با اندازه‌ی جریان خطای انتهای فیدر B (شبکه پایین دست) که جریان خطای کمتری روی کابل است، تعیین می‌گردد.

به شکل مطلوب، رله برای آن جریان خطا تنظیم شده و نباید برای هر گونه خطای روی فیدر B، عمل کند.

با این حال، در عمل به دلایل زیر امکان انجام دقیق این فرایند وجود ندارد:

رله نمی‌تواند بین خطا‌های بسیار نزدیک به هم، اما هر کدام در یک سمت از فیدر B است تمایز قائل شود چرا که اختلاف جریان‌ها بسیار اندک است.
عدم دقت در CT و رله‌ها و انحراف شکل موج جریان در شرایط گذرا سبب بروز خطا‌هایی در پاسخ صحیح طرح حفاظتی می‌شود.
دامنه‌ی جریان خطا را نمی‌توان به دقت مشخص کرد چار که تمام پارامتر‌ها را نمی‌توان شناسایی کرد و امپدانس سیستم هم با وارد شدن یا خارج شدن ژنراتور از آن، تغییر می‌کند.

یک راه حل برای حل این مسئله، تنظیم رله‌ی اضافه جریان لحظه‌ای (۵۰) به گونه‌ای که یک یک تأخیر زمانی در تریب کردن مدارشکن ایجاد کند

این تأخیر زمانی به رله‌ی اضافه جریان در ایستگاه راه دور امکان می‌دهد تا نسبت به رفع خرابی‌های ایستگاه B قبل از بروز تریپ تأخیر زمانی در ایستگاه A اقدام نماید.

این نوع تأخیر زمانی یک ایراد عمده دارد و آن این است که خطا‌ها به کندی پاک می‌شوند، حتی خطا‌هایی که بسیار به هم نزدیک هستند و بیشترین دامنه‌ی جریان خطا را دارا می‌باشند.

این پاک سازی تأخیر زمانی جریان‌های پرخطا معمولاً قابل قبول نیست و متداول‌ترین طرح حفاظتی فیدر که بر این مشکل غلبه می‌کند، استفاده از یک رله‌ی زمان اضافه جریان معکوس inverse time overcurrent relay (۵۱ همراه با رله‌ی اضافه جریان لحظه‌ای می‌باشد (instantaneous overcurrent relay (۵۰.

برای تضمین این که رله‌ی اضافه جریان لحظه‌ای برای خطا‌های ایستگاه راه دور به صورت غیر ضروری تریپ نمی‌کند، (خطا باید توسط حفاظت‌های جریانی یا فیوز‌های آن ایستگاه پاک شوند)، رله‌ی اضافه جریان لحظه‌ای (۵۰) باید به گونه‌ای تنظیم شود که فقط از فیدر را محافظت کند، حداکثر امنیت بیشتر انواع رله ها، ۸۰ درصد طول فیدر است است.

محدوده توسط مشخصات رله‌ی استفاده شده و طول فیدر، تعیین شده می‌شود. اگر فیدر طولانی باشد، درصد زیادی از خط را می‌توان حفاظت کرد؛ اما با خطوط کوتاه این میزان کمتر می‌شود؛ و با خطوط بسیار کوتاه امکان استفاده از حفاظت اضافه جریانی لحظه‌ای (۵۰) وجود ندارد.

این نوع حفاظت را حفاظت اضافه جریان لحضه‌ای با تنظیم بالا (HS) می‌نامند (High-Set Instantaneous (HS) overcurrent protection). با این چنین رله‌هایی که برای تشخیص خطا‌ها در ۸۰ درصد فیدر، تنظیم شده اند، ۲۰ درصد باقیمانده به صورت غیرحفاظت شده رها می‌گردد؛ که البته این قابل قبول نیست. برای آن که حفاظت ۲۰ درصد باقیمانده هم تأمین گردد، یک رله‌ی time-graded یا رله‌ی حداقل زمان معین معکوس (inverse definite minimum time) را می‌توان مورد استفاده قرار داد.

رله‌ی حداقل زمانی معین معکوس (inverse definite minimum time) دارای مشخصه‌ی منحنی «زمان – جریان» است که در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل ۲. مشخصات منحنی «زمان – جریان» رله‌ی زمانی حداقل معین معکوس

با استفاده از این مشخصه‌ی «منحنی – زمانی» باید هماهنگی حفاظت‌های بالادست و پایین دست را فراهم آورد و این موضوع مورد بحث در بخش ۳-۳ است.

اکنون اجازه دهید به یک فیدر معمول که برق ترانسفورماتور‌های مشتری‌ها را که در نقاط مختلف فیدر تامین می‌کند، نگاهی داشته باشیم.

همزمان از رله‌ی حفاظت اضافه جریان لحضه‌ای با تنظیم بالا (High-Set) و اضافه جریان زمان دار معکوس استفاده شده است و رله‌ی HS باید به گونه‌ای تنظیم شود که برای خطا‌های بعد از اولین خروجی فیدرعمل نکند.

رله‌ی HS برای عمل کردن تا فاصله‌ی ۸۰ درصد‌ی اولین خروجی فیدر تنظمی می‌شود

معیار استفاده شده برای تنظیم رله‌ی اضافه جریان زمان معکوس به صورت زیر است:

این رله نباید برای حداکثر جریان بار که توسط فیدر حمل می‌شود، عمل کند.
تنظیمات رله باید به اندازه‌ی کافی برای عمل کردن رله و پاکسازی خطا‌ها در انتهای تغذیه کننده، حساسیت داشته باشد.
مشخصه‌های عملیاتی رله باید با هماهنگی با دیگر دستگاه‌های حفاظتی مثل فیوز‌ها تنظیم و هماهنگ گردند.

این نوع طرح حفاظتی، حفاظت مناسب فیدر‌ها را فراهم می‌سازد.

با این حال برخی ایرادات هم به این طرح وارد است، مخصوصاً در فیدر‌های هوایی طولانی. ایراد اصلی آن است که بیشتر خطا‌ها به دلیل تریپ رله‌ی اضافه جریان زمان معکوس، به کندی پاک می‌شوند. این پاکسازی کند خطا‌ها معمولاً باعث مزاحمت مشتریان فیدر خطا دار می‌شود.

معیار‌های استفاده شده برای تنظیم رله‌ی اضافه جریان لحظه‌ای HS عبارتند از:

این رله باید برای تریپ بر روی خطا‌های بالاتر و نه پایین‌تر از اولین اتصال یا خروجی فیدر، تنظیم گردد.
در عمل، این رله برای تریپ خطا‌های بعد از ۸۰ درصد فاصله از اولین خروجی، تنظیم می‌شود.
این رله، پاکسازی پرسرعت را برای خطا‌های جریان زیاد نزدیک به منبع تغذیه را فراهم می‌کند.

در شبکه‌های با نوع پیکربندی حلقه ای، جریان خطا می‌تواند به هر سمتی حرکت کند و حفاظت اضافه جریان فیدر در ایستگاه تأمین ممکن است نیازمند رله‌ی جهت دار برای فیدر‌هایی باشد که در شرایط عادی تنها فقط جریان یک طرفه دارند. یک رله‌ی جهتی – اضافه جریان جهت دار (directional phase overcurrent (۶۷ و رله اضافه جریان جهت دار زمین (directional earth overcurrent (۶۷N – باید در زمانی استفاده شود که جریان اتصال کوتاه فاز به زمین (I”K۱) کمتر از حداکثر جریان خازنی باقیمانده (ICM). باشد. (ICM ≥ I”K۱.)

«جریان خازنی باقیمانده در حالت خطای فاز به زمین (IC) توسط معادله‌ی IC = ۳XcU محاسبه می‌گردد که در آن راکتانس خازنی کابل و U، ولتاژ فاز به فاز شبکه است.»

جریان اتصال کوتاه فاز به زمین، به سیستم به زمین کردن نول شبکه بستگی دارد.

حفاظت اضافه جریان جهت دار از از رله‌ی اضافه جریان و رله‌ی جهت دار توان ایجاد می‌شود.

رله‌ی جهت دار توانی، برای اندازه گیری توان استفاده نمی‌شود بلکه برای نشان دادن عکس العمل نسبت به جهت جاری شدن توان استفاده می‌شود

رله‌ی حفاظتی به CT و VT متصل شده که در شکل ۳ هم نشان داده شده است.

شکل ۳. نمودار سیم کشی حفاظت حفاظت اضافه جریان جهت دار

منبع: ماه صنعت