حفاظت الکتريکی

خطاهاي ناشي از جريان برق عمدتا" به سه دسته تقسيم ميشوند: 1_ اتصال بدنه كه عبارت است از اتصال يكي از سيمهاي جريان برق به بدنه د ستگاه . 2_ اتصال كوتاه عبارت است از اتصال دو سيم لخت كه نسبت به هم داراي اختلاف پتانسيل الكتريكي مي باشندبه يكديگر 3_ اتصال زمين كه عبارت است: از اتصال يكي از سيم هاي حامل جريان به زمين .
خطا هاي نامبرده شده به دوصورت كامل وناقص اتفاق مي افتد . دراتصال كامل درمحل اتصالي مقاومت وجودندارد وجريان زيادي از اين نقطه عبور ميكند اما اگر اتصال ناقص باشد درمحل اتصال مقاومت وجود دارد بنابر اين جريان خطا نسبت به حالت قبل كمتر است. انواع حفاظت 1_حفاظت سيم ها و كابل ها : در بخش وسايل كنترل وحفاظت بطور كامل مورد بررسي قرار ميگيرد. 2_ حفاظت مصرف كننده ها و دستگاهاي الكتريكي : قسمت عمده مصرف كننده هاي سه فاز در مراكز صنعتي را موتورهاي الكتريكي تشكيل مي دهند .معمولا" جهت حفاظت موتورهاي الكتريكي از كليد حفاظت موتور استفاده مي شود اين كليد موتور را در مقابل بار اضافي و همچنين اتصال كوتاه حفاظت مي كند.بدين صورت كه در اثر اضافه بار و يا دو فازشد ن موتور جريان كمي بيشتر از جريان نامي آن ميشود.حرارت بي متال كــــــه عضو حفاظت كننده حرارتي است بالا رفته ودراثر تغيير فرم بي متال به اهرم فشار آورده وكليد را قطع مي كند.اگر خطاهايي مانند اتصال كوتاه در موتور پيش آيد در اثر عبور جريان از بوبين حفاظت كننده مغناطيسي كليداهرم آهني بسرعت به سمت هسته بوبين جذب شده و كليد را قطع مي نمايد.
حفاطت اشخاص:
معمولا" ولتاژ بيش از 65 ولت براي انسان خطرناك مي باشد.
انواع حفاظت اشخاص عبارتند از:
1-حفاظت توسط سيم زمين:
كه اغلب در مجتمع ها و ساختمان ها از اين نوع حفاظت استفاده مي كنند.
الكترود زمين عبارت است از يك قطعه جسم هادي كه در زمين قرارداده مي شود و سيم زمين به آن متصل مي شود.الكترودها به اشكال مختلف ساخته مي شوند.
الف:ميله هاي مسي معمولا به قطر 16 ميليمتركه با چكش در زمين كوبيده مي شوند اين ميله ها داراي نوك تيزفولادي هستندكه فرو رفتن در زمين را آسان ميكند.پس از كو بيدن يك ميله مي توان ميله ديگري به آن پيچ كرد و كوبيدن را ادامه داد تا ميله با طول مورد نظر تا حدود 3 متر به دست آيد.
ب:صفحه هاي مسي كه در عمق 60 سانتيمتري يا بيشتر بصورت افقي خوابانده مي شود. اجراي اين روش با زحمت بيشتري همراه است .
ج:استفاده از لوله هاي آب شهري در گذشته بسيار معمول بوده است ولي امروزه كه بيشتر از لوله هاي پلاستيكي استفاده مي شود اين روش قابل استفاده نيست.
د:غلاف يا زره فلزي كابلهاي زير زميني امروزه بيشتر به عنوان الكترود زمين و سيم زمين مورد استفاده قرار مي گيرد. غلاف و زره كابل در پست به نوترال متصل هستند. در اين سيستمها در صورت اتصالي, جريان از غلاف يا زره عبور كرده و به زمين نفوذ نمي كند.
در بسياري از موارد براي كاهش دادن مقاومت زمين از مجموعه ميله ها استفاده مي كنند و با اتصال الكتريكي آنها به يكديگر آنها را به صورت الكترود واحد مورد استفاده قرارمي دهند.اما نكته قا بل توجه اين است كه مقا ومت بين الكترود و زمين بستگي به مقاومت ويژه زمين دارد كه خود بسته به جنس زمين و ميزان رطو بت است.
2_ سيستم حفاظت نول:بصورت يك سيم جداگانه به بدنه تابلو يا دستگاه وصل مي شود.كاربردآن در تا سيسات الكتريكي كه در آنها دستگاه ها بصورت انفرادي به زمين وصل مي شوند,مي باشد و نبايد براي دستگاههاي ديگر از حفاظت نول استفاده نمود. چون با بودن مقا ومت كم جريان زيادي مي گذرد در نتيجه اختلاف ولتاژ نسبتا" زيادي در روي تمام مصرف كننده هاي ديگر بين بدنه هادي آنها و زمين بوجود خواهد آمد.
3_ حفاظت بوسيله عايق كردن:
تمام قسمتهايي كه امكان اتصال با بدن انسان را دارد عايق مي كنند كه براي ساختمان ها اقتصادي نيست
- حفاظت سيستم های الکتريکی

حفاظت سيستم های الکتريکی ابعاد بسيار گسترده ای دارد از حفاظت يک خانه مسکونی گرفته تا حفاظت يک باس بار در يک پست فشار قوی.

بهتر است ابتدا به تقسيم بندی اين موضوع بپردازيم .

الف ) تقسيم بندی حفاظت سيستم های الکتريکی در ابعاد مختلف :

- حفاظت شبکه های فشار ضعيف شامل خطوط توزيع انرژی – ترانسفورمرها – موتورها – خازنها و ساير مصرف کننده ها (تا 1 کيلو ولت)

حفاظت شبکه های فشار متوسط شامل خطوط توزيع و انتقال انرژی – ژنراتورها – موتورهای فشار متوسط – ترانسفورمرها – خازنها – باس بارهای پست و .. (1 کيلو ولت تا 36 کيلوولت)

حفاظت شبکه های فشار قوی شامل خطوط انتقال انرژی وخطوط و باس بارهای پست ها (36 کيلو ولت به بالا)


ب) انواع حفاظت در سيستم های الکتريکی

حفاظت خطوط و فيدرها در برابر خطاهای جريانی مانند اتصال کوتاه – جريان زياد – اضافه بار و خطاهای نشتی جريان (جهت دار و ساده) ....

حفاظت در برابر خطاهای ولتاژی شامل اضافه ولتاژ- کاهشو ولتاژ - توالی فاز و ....

حفاظت موتورها در برابر اتصال کوتاه – اضافه جريان – اضافه بار – کاهش بار – محدوديت دفعات استارت - ديفرانسيل و.....

حفاظت ژنراتورها در برابر خطاهای اتصال کوتاه – اضافه جريان – اضافه بار – ديفرانسيل – اضافه جريان وابسته به ولتاژ – افزايش و کاهش فرکانس و ....

حفاظت ترانسفورمرها در برابر خطاهای جريانی مانند اتصال کوتاه – جريان زياد – اضافه بار – ديفرانسيل و خطاهای فيزيکی ترانسفورمر ها شامل اضافه حرارت سيم پيچ و روغن و سطح روغن و بوخهلتس و ..

حفاظت خازنها در برابر خطاهای اتصال کوتاه - اضافه بار – اضافه ولتاژ و .....

حفاظت باسبارهای پست ها در برابر انواع خطاهای ولتاژی – ديفرانسيل – سنکرون چک و ...

و ساير حفاظت ها که جنبه خاص دارند .
- حفاظت و تکنولوژی حفاظت سيستم های الکتريکی 1
امروزه با گستردگی شبکه های انتقال و توزيع نيروی الکتريکی و سيستم های توليد انرژی الکتريکی طبعا حفاظت از آنها از اهميت ويژِهای برخوردار خواهد گرديد .
قبلا اغلب رله های حفاظتی با تکنولوژی الکترومکانيکی ساخته می شدند وهنوز هم اين رله ها در شبکه های الکتريکی مشغول به کار هستند مانند :
رله های جريان زياد و اتصال کوتاه - رله های ارت فالت - رله های ديستانس - رله های ديفرانسيل و ....
با ظهور علم الکترونيک تکنولوژی ساخت اين رله ها تغيير يافت و رله های الکترونيک ساخته شدند واين رله ها جای رله های مکانيکی را گرفتند .
طبعا اين رله ها از لحاظ دقت، ابعاد، مصرف انرژی و مهمتر اين که ساخت تابع های پيچيده تر با اين تکنولوژی ممکن تر ميباشند ، دارای امتيازات بسياری بودند .
مهمتر اين که رله های حفاظتی که مهمترين قسمت يک سيستم الکتريکی هستند بايد عناصر قابل اعتماد و با دقتی باشند . و رله های الکترونيکی دارای اين امتيازات بودند .
تا اين که تکنولوژی جديدی ابداع شد !!!!


با ورود ميکروپروسسورها تکنولوژی ساخت رله های حفاظتی متحول شد . با توجه به توانايی های بالای ميکروپروسسورها وقدرت برنامه ريزی آنها توانايی های کاربردی رله های حفاظتی نسل جديد نيز متحول گرديد و فزونی يافت وتوانايی های زير به آنها اضافه شدند : برنامه ريزی ساده اين رله ها جهت کاربردهای متفاوت که رله های چند تابعی نسل جديد معمولا به يک پی ال سی نيز مجهز هستند . اتصال رله های حفاظتی به باس های اطلاعاتی وارسال و دريافت سيگنالهای آنالوگ مانند کميت های الکتريکی وهمچنين اطلاعات مربوط به خطاها و تنظيم رله ها از طريق باسهای اطلاعاتی اتصال وبرنامه ريزی از طريق کامپيوترهای شخصی توسط نرم افزارهای کمپانی سازنده رله قدرت خطا يابی و چک کردن مدارات داخلی رله ها و ....
همانطوری که قبلا اشاره کرديم حفاظت سيستم های الکتريکی از اهميت بسيار زيادی برخوردار است و امروزه کمپانی های متعددی در حال طراحی و ساخت رله های حفاظتی می باشند . برخی از کمپانی های معتبر که در اين زمينه مشغول به فعاليت می باشند را معرفی می کنيم .
Siemens -Alstom - ABB - GE Power - Schneider - CEE - Reyroll
به طور کلی رله های حفاظتی بايد دارای مشخصات زير باشند :
سرعت عملکرد : اين پارامتر در رله های حفاظتی بسيار حائز اهميت است چون رله های حفاظتی هنگام خطا موظفند با سرعت هرچه تمامتر بخش های معيوب را از قسمت های سالم جدا نمايند .
حساسيت : اين پارامتر به حداقل جريانی که سبب قطع رله می گردد بر ميگردد .
تشخيص و انتخاب در شرايط خطا : اين پارامتر نيز بسيار مهم است زيرا در شبکه هايی که دارای چند باس بار و رله حفاظتی هستند هنگام وقوع خطا می بايد قسمت معيوب به درستی تشخيص داده شده و از شبکه جدا گردد و قسمتهای سالم به کار خود ادامه دهد.
پايداری : اين پارامتر به اين باز ميگردد که يک رله حفاظتی به تمامی خطاهايی که در محدوده حفاظتی خود به درستی عکس العمل نشان دهد و در مقابل خطاهای خطاهای اين محدوده عکس العملی نشان ندهد .
دسته بندی رله های حفاظتی بر اساس پارامترهای اندازه گيری :
الف) رله های جريانی : اين رله ها بر اساس ميزان جريان ورودی به رله عمل می کند . حال اين جريان می تواند جريان فازها – جريان سيم نول – مجموع جبری جريانهای فازها است (رله های جريان زياد – رله های ارت فالت و .... ) و حريان ورودی رله می تواند تفاضل دو يا چند جريان باشد ( رله های ديفرانسيل و رستريکت ارت فالت )
ب) رله های ولتاژی : اين رله ها بر اساس ولتاژ ورودی به رله عمل ميکند اين ولتاژ می تواند ولتاژ فازها باشد (رله های اضافه يا کمبود ولتاژ و ....) و يا ميتواند مجموع جبری چند ولتاژ باشد ( رله تغيير مکان نقطه تلاقی بردارهای سه فاز)
ج) رله های فرکانسی : اين رله ها بر اساس فرکانس ولتاژ ورودی عمل ميکند ( رله های افزايش و کمبود فرکانس)
د) رله های توانی : اين رله ها بر اساس توان عمل می کنند به عنوان مثال رله هايی که جهت توان را اندازه گيری می کنند يا رله هايی که توان اکتيو و راکتيو را اندازه گيری می کنند .
ه) رله های جهتی : اين رله ها از جنس رله های توانی هستند که بر اساس زاويه بين بردارهای ولتاژ و جريان عمل ميکنند مانند رله های اضافه جريان جهتی که در خطوط چند سوتغذيه رينگ و پارالل بکار می روند و يا رله های جهت توان که جهت پرهيز از موتوری شدن ژنراتور هنگام قطع کوپلينگ آن بکار ميرود .
و) رله های امپدانسی : مانند رله های ديستانس که در خطوط انتقال کاربرد فراوانی دارند .
ز) رله های وابسته به کميت های فيزيکی : مانند حرارت – فشار – سطح مايعات و .... مانند رله بوخ هلتس ترانسفورمرها ح) رله های خاص : رله هايی هستند که برای منظورهای خاص به کار ميروند مثلا رله تشخيص خطای بريکر – رله مونيتورينگ مدار تريپ بريکر – رله لاک اوت و .....
- حفاظت سيستم های الکتريکی 2

در دياگرامهای الکتريکی عمدتا توابع حفاظتی را با کدهای استاندارد انسی ( استاندارد آمريکائي ) مشخص می نمايند . ما نيز در ادامه بحث خود از اين کدها استفاده مينمائيم .

در ادامه بحثمان به تشريح اين کد ها که نياز مهندسين برق ميباشد خواهيم پرداخت.
رله های جريانی :
رله های جريانی به منظور حفاظت شبکه های الکتريکی در مقابل عيوب ناشی از خطاهای جريان بکار ميروند . عمده عيوبی که توسط رله های جريانی تشخيص داده می شوند عبارت است از :
اتصال کوتاه در شبکه
اضافه جريان
اضافه بار
جريان نشتی (ارت فالت)
عدم تقارن جريان سه فاز
کاهش بار ( در مورد موتورها)
افزايش مدت زمان راه اندازی (در مورد موتورها)
قفل بودن روتور (در مورد موتورها)

حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جريان و اتصالی زمين :

اولين و يکی از مهمترين حفاظت هايی که در يک سيستم وجود دارد حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جريان و نشتی زمين می باشد .
اين حفاظت ها با حفاظت اضافه بار تفاوت آشکاری دارد چون حفاظت اضافه بار بر اساس ظرفيت حرارتی واحد می باشند .

در اين نوع حفاظت جريان سه فاز توسط سه عدد ترانسفورمر جريان حس می گردند و به رله انتقال می يابند وبر اساس آن حفاظت صورت می گيرد .
در مورد حفاظت فوق منحنی قطع رله از اهميت بسيار زيادی برخوردار است زيرا حفاظت صحيح بر اساس آن صورت ميگيرد .
اين رله ها می توانند دارای دو گروه منحنی قطع باشند :
- نوع زمان ثابت که پارامتر جريان و زمان به هم وابستگی ندارند و به صورت جداگانه تنظيم می گردند و رله بر اساس جريان تنظيمی در زمان تنظيم شده فرمان قطع را صادر می کنند .
- نوع زمان کاهشی که در اين حالت زمان قطع رله با يک منحنی به جريان عبوری از رله مرتبط می باشد . به اين صورت که هر چه جريان عبوری از رله بيشتر گردد زمان قطع رله کمتر خواهد بود .
بسته به عملکرد و نوع استفاده از رله منحنی های استانداردی برای اين رله ها تعريف می گردد که بشرح زير است :

Standard Inverse Curve (SIT)
Very Inverse Curve (VIT)
Extremely Inverse Curve (EIT)
Ultra Inverse Curve (UIT)