نحوه هماهنگی رله ها در خطوط انتقال
قرار باشد که اتصالی به روش متمایز کردن بر طرف شود باید مقادیر مرزی جریان در هر نقطه رله گذاری مشخص شود معمولا اطلاعات مورد نیاز چنین اند.
- ماکزیمم جریان اتصال کوتاه برای یک اتصالی در یک نقطه رله گذاری
- ماکزیمم جریان اتصال کوتاه برای یک نقطه اتصالی در نقطه رله گذاری
- ماکزیمم جریان مربوط به اتصالی در نقطه رله گذاری
برای بررسی اطلاعات فوق باید محدودیت‌های تولید پایدار و شرایط عملکرد ممکن به اضافه طریقه زمین کردن سیستم مشخص شود و همواره عرض شود که اتصال‌ها از طریق اتصال کوتاه صفر رخ می‌دهد تا جریان‌ها اتصالی در یک شرایط کار معین سیستم بتوانند ماکزیمم شوند.
هنگامی که اتصالی رخ دهد دیگر امپدانسای فاز یکسان نبوده (بجز حالت اتصال کوتاه سه فاز) و جریان‌ها و ولتاژ‌ها نامتعادل می‌شوند.
محل بیشترین عدم تعادل در محل وقوع اتصال قرار می‌گیرد. بررسی اتصالی را می‌توان با اتصال کوتاه کردن تمامی ولتاژ‌های تحریک عادی در سیستم و جایگزین کردن محل اتصال با منبعی که ولتاژ تحریک آن برابر با ولتاژ یش از اتصالی در محل اتصال باشد انجام داد.
از این رو امپدانس‌های سیستم از دید نقطه اتصالی متقارن باقی می‌ماند و نقطه اتصال را می‌توان نقطه تزریق ولتاژ‌ها و جریان‌های نامتعادل به داخل سیستم در نظر گرفت. این بهترین روش نزدیکی به تعریف شرایط اتصالی است، زیرا امکان این را به ما می‌دهد که سیستم را به صورت شبکه متقارن بررسی کنیم.
این شبکه‌ها شبکه‌های توالی مثبت و منفی و صفر نام دارند و در آن‌ها تنها ولتاژ‌ها و جریان‌های توالی ظاهر میشود و هیچ گونه اتصال متقابلی بین آن‌ها وجود ندارد.
در شرایط عادی سیستم فقط مولفه‌های توالی مثبت می‌تواند در سیستم وجود داشته باشد؛ بنابراین شبکه امپدانس‌های عادی سیستم یک شبکه توالی مثبت است و کمیت‌های توالی منفی فقط در اتصالی نامتعادل می‌توانند پدید آیند و امپرانس‌های توالی منفی عموما همان امپدانس‌های شبکه توالی مثبت هستند.
در محاسبات عملی اتصال کوتاه غیر از شاخه اتصال کوتاه شده اثر یک اتصالی در شاخه‌های شبکه را نیز بررسی می‌کنند تا بتوان حفاظت را درست بکار برد و قسمتی از سیستم را که مستقیما دچار اتصالی شده جدا کرد؛ بنابراین تنها محاسبات جریان اتصال کوتاه در محل اتصال کافی نیست بلکه باید توزیع جریان اتصال کوتاه را نیز مشخص کرد
علاوه بر این ممکن است در اثر یک اتصالی فشار ولتاژ‌های غیرعادی در سیستم ظاهر شود و بر عملکرد حفاظت اثر بگذارد بنابراین دانستن توزیع جریان و ولتاژ سیستم در اثر اتصالی برای کاربرد حفاظت ضروری است.
روند بررسی‌های اتصالی سیستم برای کاربرد وسایل حفاظت را می‌توان چنین خلاصه کرد.
الف: از نمودار سیستم اطلاعات موجود حدود تولید پایدار و شرایط عملکردی ممکن برای سیستم ارزیابی شود.
ب: با این فرض که اتصالی‌ها به نوبت در هر یک از نقاط رله گذاری رخ دهد ماکزیمم و حد اکثر جریان‌های اتصال کوتاه که به محل اتصالی وارد میشود برای هر نوع اتصالی محاسبه شود.
ج: با محاسبه توزیع جریان برای اتصالی‌های در نقاط مختلف سیستم ماکزیمم جریان‌های مربط به اتصالی در نقطه رله گذاری برای هر نوع اتصالی تعیین شود.
د: در این مرحله ایده کم و بیش معینی درباره نوع حفاظتی که باید به کار برود شکل می‌گیرد.
حال محاسبات بیشتری برای تعیین تغییر ولتاژ در نقطه رله گذاری با حد پایداری سیستم بر اثر اتصالی در آن انجام میشود تا رده حفاظت لازم همچون تندکار یا کندکار حفاظت واحد یا غیرواحد و … تعیین شود.
حفاظت فاصله (دستیانس) Distance
از آنجائیکه امپدانس خط انتقال با خطوط متناسب است استفاده از رله‌ای که بتواند امپدانس خط را تا نقطه‌ای معین اندازه بگیرد مناسب است این رله که به رله فاصله معروف است طوری طراحی میشود؛ که فقط برای اتصالی‌های واضح در بین محل رله مذبور و نقطه انتخاب شده عمل کند بنابراین تمایزی برای اتصالی‌هایی که ممکن است بین بخش‌های مختلفی خط رخ دهد بدست آید اصل مهم در اندازه گیری شامل مقایسه جریان اتصال کوتاه از دید رله مزبور با ولتاژ نقطه رله گذاری است پس با مقایسه این دو کمیت می‌توان امپدانس خط تا محل اتصالی را اندازه گرفت.
عملکرد رله بر حسب دقت بر دو زمان عملکرد رله تعریف میشود دقت برد رله به نسبت بین مربوط و کمیت‌های ورودی که باقی می‌مانند بستگی دارد.
زمان عملکرد رله با محل اتصالی و جریان ورودی تغییر می‌کند که این زمان برای ورودی‌های بزرگ نزدیک به نقطه رله گذاری کوتاه و برای ورودی‌های کوچک نزدیک به نقطه برد رله طولانی است از آنجائیکه دقت برد و زمان عملکرد رله و توسط زمان عملکرد محل اتصال برای نسبت‌های مختلف مقدار امپدانس منبع به مقدار امپدانس خط بیان میشود از طرفی داده‌های فوق را می‌توان به صورت گروهی از همزمان (یامسیر) ترکیب کرد و محل اتصالی که بر حسب درصد تنظیم رله بیان میشود را به ازای نسبت امپداس منبع به خط رسم کرد.
دو تعریف استاندارد وجود دارد که نیاز‌های عمکرد رله‌های فاصله را در بر می‌گیرد.
- نسبت امپرانس سیستم (SIR): نسبت امپرانس منبع به تنظیم رله که در همان سطح امپرانس اولیه یا ثانویه بیان میشود.
- نسبت امپرانس مشخصه (CIR): مقدار ماکزیمم نسبت امپرانس سیستم (SIR) تا آن مقداری که رله در دقت تعیی شده عمل می‌کند.
معمولا حساسیت رله فاصله در نقطه برد منطقه اعلام میشود یعنی در محلی که دقت رله مذبور باید حفظ شود تا حفاظت در خطوط مجاور به طور صحیح متمایز شود و اطمینان حاصل شود که اتصالی‌های منطقه را در زمان منطقه ۲ بر طرف نمی‌شوند.
رله‌های فاصله را بر حسب مشخصه‌های قطبی آن‌ها تعداد ورودی‌های آن‌ها و روش انجام عل مقایسه دسته بندی می‌کنند انواع معمول رله‌های فاصله دو کمیت ورودی را از نظر اندازه یا فاز مقایسه می‌کنند تا مشخصه‌هایی به دست آید که هنگام ترسیم بر روی نمودار R/X خطوط مسقیم یا دایره باشند.
طرح‌های فاصله
به شرط اینکه فاصله اتصالی تابعی ساده از امپرانس باشد با استفاده از رله‌های فاصله می‌توان منطقه‌های متمایز کننده حفاظت بدست آورد.
در واقع امپدانس‌هایی که اندازه گیری میشود برای خط علاوه بر امپدانس خط و ساختار مداری موجود در خط به اندازه حقیقی جریان و ولتاژ و اتصالات رله و نوع اتصالی و امپدانس اتصال کوتاه نیز بستگی دارد.
با توجه به ولتاژ سیستم و امپدانس خطوطی که باید حفاظت شوند طرح‌های کامل یا طرح فقاصله کلیددار به کار می‌ر د تفاوت این دو طرح در این است که در طرح کلیددار هر نوع اتصالی تنها یک واحد اندازه گیر به کار می‌رود در حالی که در طرح حفاظت کامل از شش واحد اندازه گیر استفاده میشود یعنی سه واحد برای اتصالی‌های فاز و سه واحد برای اتصالی‌های زمین با مجموعه مناسبی از واحد‌های راه انداز نوع اضافه جریان یا کسر امپدانس این واحد اندازه گیر منفرد امپرانس حلقه اتصال کوتاه را به طور ناگهانی تغییر می‌دهد. طرح‌های فاصله‌ای که برای حفاظت خطوط فشار قوی به کار می‌رود عبارتند از:
الف – حفاظت فاصله ساده
ب – حفاظت فاصله ساده با گسترش منطقه ۱
ج – حفاظت فاصله با کم رسی مجاز
د- حفاظت فاصله با بیش رسی مجاز
ه- حفاظت فاصله با تناسب منطقه ۲
و – حفاظت فاصله با مقایسه جهتدار (سرد کننده)
برای مطلوب عمل کردن رله راه انداز‌های اضافه جریان در وضعیت موجود باید سه شرط برقرار باشد.
- تنظیم جریان راه انداز‌های اضافه جریان نباید از ۲ برابر حداکثر جریان بار کامل خط حفاظت شده کمتر باشد.
- برای اتصالی واقع در برد منطقه سوم رله فاصله: حداقل جریان اتصال کوتاه در سیستم قدرت نباید از ۵/۱ برابر تنظیم راه انداز‌های اضافه جریان کمتر باشد.
- حداکثر جریان فاز سالم برای اتصالی تکفاز به زمین نباید سبب عملکرد راه انداز‌های اضافه جریان مربوط به فاز‌های سالم شود.
کاربرد رله:
دو اصل برای رله‌های فاصله اهمیت زیادی دارد. ۱- امپدانس خط ۲- حداقل جریان اتصال کوتاه برای اتصالی واقع در برد منطقه را رله فاصله مطابق شکل امپدانس‌های توالی در تحلیل اتصالی‌های سیستم قدرت وارد می‌شوند و در نظر داشتن این نکته نیز حائز اهمیت است که در تجهیزات ساکن همچون ترانسفورماتور‌های قدرت و خطوط انتقال نیرو و امپد انس توالی مثبت با امپدانس توالی منفی برابر است بنابراین در تشکیل شبکه‌های امپرانس توالی مثبت همه تجهیزات همواره برای تمام انواع اتصالی‌های وجود دارد، اما امپدانس توالی صفر فقط در اتصالی‌های زمین موجود است.
تنظیم رله:
رله‌های فاصله بر حسب اهم ثانویه مدرج می‌شوند و امپرانس توالی مثبت بخش مورد نظر از خط انتقال راه اندازه می‌گیرند چند گونه برای اجرای تنظیم رله در ابتدا باید برد مطلوب آن را در طول بخش مورد نظر خط بر حسب اهمت اولیه محاسبه نمود که این برد ۸۰% بخش مورد نظر خط است پس اهم ثانویه میشود.
انتخاب طرح:
بخشی که باید حفاظت شود خطی موازی است بنابراین اگر برای حفاظت اتصالی‌های زمین رله‌های فاصله به کار روند هنگامی که هر دو خط با هم کار می‌کنند به سبب آثار القایی متقابل کم رسی پیش خواهد آمد و این پدیده فقط در اتصال زمین رخ می‌دهد و، چون بخش مذبور خطی موازی است لذا برای اتصالی‌های زمین از این اثر تاثیر نمی‌پذیرد سیستم مذبور شبکه‌ای است که با مقاومت زمین شده است محاسبات قبلی نشان می‌دهند که تغییرات مگاولت آمپر منبع تاثیر ناچیزی بر مقدار جریان اتصالی زمین دارد در واقع این جریان با مقدار مقاومت زمین کننده نول محدود میشود و با فاصله اتصالی از منبع تغییر می‌کند با این از نظر مهندسی فنی و اقتصادی مناسبترین آرایش حفاظت برای اتصالی‌های زمین رله‌های زمانبندی شده و برای اتصالی‌های فاز طرح موی کلیددار است از طرفی برای اتصالی‌های فاز و زمین ممکن است استفاده از رله‌های فاصله ارجح باشد؛ بنابراین انتخاب طرح فاصله به واحد راه انداز و واحد اندازه گیر بستگی دارد.
واحد‌های راه انداز:
سر از رله‌های اضافه جریان رسم از رله‌های اندازه گیر فاصله می‌توان به عنوان راه انداز استفاده کرد که در مورد دوم‌ای رله با از نوع کسر امپرانس باشد و در مورد طرح موی کلیددار کاملا افقی – قطبی شده چنانچه از راه اندازه‌های اضافه جریان استفاده شود باید آن‌ها را با راه انداز‌های کسر ولتاژ کامل کرد تا در اتصالی‌های زمین هرگاه جریان اتصالی زمین در محل استقرار رله از جریان بار کامل کمتر باشد کلیدزنی واحد اندازه گیر کنترل شود.
برای اتصالی‌های واقع در نقطه برد منطقه ۳ یا فراسوی آن راه انداز‌های اضافه جریان باید بتواند در شرایط حداقل اتصالی درست عمل کنند و لااقل جریان اتصال کوتاه برای اتصالیای فاز در اتصالی دو فاز تحت شرایط حداقل مگاولت آمپرسنج رخ می‌دهد.
واحد‌های اندازه گیر:
انتخاب واحد اندازه گیر به اندازه مقاومت قوس الکتریکی مربوط به طول خطی که باید حفاظت شود بستگی دارد برای اتصالی فاز به فاز در انتهای منطقه ۱ حداقل جریان اتصال کوتاه چنین است.
