آموزش و پژوهش علوم صنعت برق

سوالی که برای تعدادی از همکاران اپراتور جای ابهام دارد این سوال است که چرا گاهی خط پارگی توسط رله های دیستانس معمولی تشخیص داده نمی شود؟

رله دیستانس چیست؟

رله دیستانس یک رله حفاظتی است که زمان قطع آن تابع مقاومت طول سیم می‌باشد. در بیشتر اوقات زمان قطع رله باید تابع محل اتصال کوتاه نسبت به رله باشد، و از این رو این زمان باید تابع جهت معینی از انرژی اتصال کوتاه باشد. به طوری که می‌دانیم هرچه محل اتصال کوتاه از رله دور‌تر باشد، مقاومت ظاهری قطعه سیم بین محل اتصالی تا رله بزرگتر شده و در نتیجه مقاومت اهمی و غیر اهمی آن نیز بزرگتر می‌شود. از آنجا که در رشد تاسیسات برقی رابطه مستقیمی بین مقاومت و طول سیم وجود دارد، لذا با استفاده از رله دیستانس به عنوان رله حفاظتی در سراسر خطوط انتقال انرژی عملا مشکل حفاظت موضعی و تنظیم جهش زمانی رله‌های پی در پی بر طرف می‌شود.

رله‌های دیستانس صرف نظر از انواع مختلف آن‌ها بر مبنای اندازه گیری فاصله الکتریکی رله تا محل خطا کار می‌کنند. در مواقعی که حداقل جریان خطا قابل مقایسه با جریان بار باشد، این رله‌ها کاربرد وسیعی پیدا می‌کنند و این از آنجا ناشی می‌شود که رله‌های دیستانس به جریان حساس نیستند، بلکه امپدانس ظاهری (فاصله الکتریکی) تا محل خطا را می‌سنجند. رله‌های دیستانس دارای یک امپدانس داخلی به نام امپدانس تنظیم رله می‌باشند. این امپدانس (Z۰) برابر امپدانس قسمتی از خط است که رله باید آن قسمت را مورد حفاظت قرار دهد.

عملکرد رله دیستانس
رله دیستانس از لحاظ کار مانند رله جریان زیاد در مقابل اتصال کوتاه می‌باشد و رله دیستانس بر اساس فاصله یا امپدانس عمل می‌کند. یعنی رله دیستانس زمانی عمل می‌کند که امپدانس خط از مقدار تنظیم شده کمتر باشد در غیر این صورت عمل نمی‌کند و از لحاظی، چون مقاومت مصرف کننده‌ها در حد تنظیم نیست از امپدانس مصرف کننده‌ها صرف نظر شده و در زمان اتصال کوتاه طبق رابطه Z=U/I امپدانس کم می‌شود، چون جریان زیاد می‌گردد و هر چقدر این امپدانس به رله نزدیکتر شود رله زودتر قطع می‌کند.

در ضمن در شبکه‌ای که چند رله دیستانس بکار می‌رود در موقع اتصالی همه رله‌های دیستانس تحریک شده، ولی فقط رله‌ای قطع می‌کند که به محل اتصال نزدیک بوده و بقیه رله‌ها به حال خود بر می‌گردد. از رله‌های دیستانس برای حفاظت خطوط انتقال نیرو، که بر اساس ستینگ‌های ثابت قابل تنظیم اند، استفاده می‌شود. اما معمولاً وسعت ناحیه عملکرد این رله‌ها با تغییر شرایط شبکه (توپولوژی شبکه، مقدار بار، مقدار تولید و …) تغییر می‌کند و باعث عملکرد نادرست رله می‌شود. با استفاده از روش‌هایی که قابلیت پردازش اطلاعات و تشخیص الگو را داشته باشد مثل استفاده از ریزپردازنده‌ها و الگوریتم‌های هوشمند می‌توان رله‌های جدیدی به کار گرفت و از دقت بالایی برخوردارند و در نتیجه به حفاظت خوبی دست یافت.

زون های حفاظتی رله دیستانس:

در عمل به علت خطا‌هایی از قبیل: تفاوت بین امپدانس محاسباتی و امپدانس واقعی خط خطای ترانسفورماتور‌های جریان و ولتاژ و همچنین عدم دقت رله‌ها محدوده اول حفاظت رله دیستانس در ۱۰۰ درصد طول خط تنظیم نشده بلکه محدوده تنظیمی ناحیه اول حدود ۸۰ تا ۸۵ درصد خط انتقال خواهد بود. زمان عملکرد رله در این ناحیه آنی بوده و هیچگونه تأخیری بر روی رله منظور نمی‌گردد.

به این ترتیب ۱۵ تا ۲۰ درصد انتهای خط توسط ناحیه دوم رله دیستانس حفاظت خواهد شد؛ که این حفاظت از نوع تأخیری می‌باشد. جهت حفاظت آنی کل طول خط و هماهنگی رله‌های وصل مجدد دو طرف خط از روش‌هایی همچون توسعه زون اول (zone extension) و یا ترکیب با سیگنال حامل استفاده می‌شود.

فرمان قطع ناحیه اول رله دیستانس به رله وصل مجدد ارسال می‌شود (در خطوط هوایی). در بسیاری از موارد رله وصل مجدد به عنوان یک واحد در داخل رله دیستانس تعبیه شده است. تنظیم ناحیه دوم رله دیستانس بایستی حداقل برابر ۱۲۰ درصد امپدانس خط مورد حفاظت باشد حد بالای تنظیم ناحیه دوم رله دیستانس برابر کل خط مورد حفاظت به علاوه ۵۰ درصد کوتاهتر ین خط بعدی می‌باشد از آنجا که عملکرد ناحیه دوم رله در واقع حفاظت پشتیبان می‌باشد. می‌بایستی با تأخیری در حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ میلی ثانیه همراه باشد.

اساس حفاظت دیستانس

ناحیه سوم رله دیستانس را می‌توان در ½ برابر مجموع امپدانس خط مورد حفاظت و کوتاه‌ترین خط بعدی تنظیم کرد؛ و تأخیر زمانی آن را بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ میلی ثانیه نسبت به ناحیه دوم در نظر گرفت. در تنظیم ناحیه سوم باید رله دیستانس بایستی دقت کرد که به هیچ عنوان ناحیه سوم با امپدانس بار تداخل نداشته باشد. جهت محاسبه امپدانس بار بایستی بد‌ترین شرایط یعنی حداکثر جریان و حداقل ولتاژ مجاز را در نظر گرفت.

و اما پاسخ:

اگر به هنگام خط پارگی (Open Circuit) اتصالی رخ ندهد، (مثلاً فاز پاره شده در هوا معلق بماند) رله این وضعیت را مشابه یک امپدانس بی نهایت (برای فاز مربوطه) می‌بیند و بنابراین عملکردی نخواهد داشت.

به عبارت دیگر، این حالت برای رله، به منزله یک اتصالی در بی‌نهایت است که امپدانس بسیار بزرگی دارد و از محدوده تنظیمات زون‌های رله خارج است.

برای عکس‌العمل در مقابل چنین مواردی لازم است که از رله مؤلفه منفی استفاده شود.

در رله‌های جدید، چنین واحدی وجود دارد و بنابراین سیستم‌های حفاظتی جدید در برابر خط پارگی‌ها نیز بدون عکس‌العمل نمی‌مانند.