حفاظت از خطوط یا فیدر

از آنجا که طول خط‌انتقال برق به طور کلی به اندازه کافی طولانی‌است و از فضای باز می‌گذرد ، احتمال بروزخطا در خط‌انتقال نیرو الکتریکی بسیار بیشتر از ترانسفورماتورهای برق‌و آلترناتورها‌است.

به همین دلیل‌است که یک‌خط انتقال به طرح‌های حفاظتی بسیار بیشتری نسبت به ترانسفورماتور و یک آلترناتور نیازدارد.

حفاظت ازخط می‌بایست از ویژگی‌های خاصی برخوردار باشد مانند:

1- در حین‌خطا ، تنها نزدیکترین کلید به نقطه‌خطا باید قطع‌شود.

2- اگر نزدیک ترین کلید به نقطه‌خطا نتواند قطع‌کند، کلید مجاور این کلید به عنوان پشتیبان‌قطع خواهدکرد.

3- مدت زمان‌کار رله در ارتباط با حفاظت ازخط بایدحداکثر باشد تا بتواند از قطع‌شدن غیر ضروری کلید در ارتباط با سایر قسمت‌های سالم سیستم نیرو جلوگیری کند.

این الزامات ذکر شده باعث حفاظت ازخط انتقال بسیار متفاوت از حفاظت ترانسفورماتور و سایر تجهیزات سیستم‌های قدرت‌می‌شود. سه روش اصلی حفاظت از خط‌انتقال عبارتند از :

1- حفاظت اضافه جریان زمان بندی شده[1]

2- حفاظت دیفرانسیل[2]

3- حفاظت دیستانس[3]

حفاظت اضافه جریان زمان بندی شده

این  حفاظت همچنین ممکن‌است به سادگی به عنوان حفاظت اضافه‌جریان‌خطوانتقال برق‌گفته‌شود. بگذارید در مورد طرح‌های مختلف زمانی که درجه‌بندی حفاظت اضافه‌جریان‌است ، بحث کنیم.

حفاظت از فیدر شعاعی

در فیدر شعاعی، نیرو تنها در یک جهت جریان‌دارد، که ازمنبع تا باراست. این نوع فیدرها با استفاده از رله‌های زمانی مشخص یا رله‌های زمان معکوس به راحتی قابل حفاظت هستند.

حفاظت از خط توسط رله زمان مشخص[4]

این‌طرح حفاظت بسیار ساده‌است. در اینجا کل‌خط  به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود و هر بخش با رله زمانی مشخص ارائه‌شده حفاظت‌می‌شود.

نزدیکترین رله به انتهای‌خط دارای حداقل‌تنظیم زمان‌است در حالی که تنظیم‌زمان رله‌های دیگر به صورت متوالی به سمت‌منبع افزایش‌می‌یابد.

به عنوان مثال ، فرض کنید یک‌منبع در نقطه A وجوددارد، در شکل زیر:

حفاظت از فیدر شعاعی

در نقطه‌D کلید CB-3 با زمان مشخص‌کار رله 0.5 ثانیه نصب شده‌است. به طور موفقیت آمیز، درنقطه C یک قطع‌کننده مدار دیگر CB-2 با زمان مشخص عملکرد رله 1 ثانیه نصب‌شده‌است.

قطع‌کننده مدار بعدی CB-1 درنقطه B نصب شده است که نزدیکترین به‌نقطه A است. درنقطه B ، رله در زمان‌کار 1.5 ثانیه تنظیم‌شده‌است.

اکنون فرض کنید یک خطا در نقطه‌F رخ می‌دهد. با توجه به این‌خطا ، جریان خطا در تمام ترانسفورماتورهای جریان یا CT های متصل به خط جریان می‌یابد.

اما از آنجا که‌زمان کار رله در نقطه‌D حداقل CB-3است ، همراه با این رله ابتدا قطع‌خواهدکرد تا منطقه‌خطا از قسمت سالم خط جداشود.

در هر صورت به هر دلیلی ، CB-3 نتواند به قطع‌کردن بپردازد، سپس رله زمانبندی بالاتر عمل خواهد کرد. در این حالت ، CB-2 قطع‌خواهدکرد.

اگر CB-2 نیز نتواند قطع‌کند، پس از آن کلید بعدی یعنی CB-1 برای جداسازی بخش عمده خط عمل می‌کند.

مزایای استفاده از حفاظت خط زماندار

مهمترین مزیت این طرح‌سادگی آن‌است. دومین مزیت عمده آن این‌است که، در طول‌خطا ، تنها نزدیکترین CB به سمت مبدا از نقطه خطا برای جداسازی موقعیت خاص‌خط کارخواهدکرد.

معایب حفاظت از حفاظت خط زماندار

اگر تعداد بخش های موجود درخط بسیار زیادباشد، زمان‌تنظیم رله نزدیک به‌منبع بسیار طولانی خواهد بود.

بنابراین در طول هر خطای نزدیکتر به‌منبع زمان زیادی برای جدا شدن نیازدارد. این ممکن‌است اثر مخرب شدید بر سیستم داشته‌باشد.

حفاظت اضافه جریان خط توسط رله معکوس[5]

اشکال همانطور که در رله های زمان مشخص در مورد حفاظت جریان‌خط انتقال بحث کرده‌ایم، بااستفاده از رله‌های زمان معکوس به راحتی قابل غلبه‌است.

در رله زمان معکوس عملکرد رله با معکوس جریان خطا متناسب‌است.

بیش از حفاظت از خط فعلی توسط رله معکوس

در شکل بالا ، تنظیم‌زمان کلی رله درنقطه‌D حداقل و پشت سر هم این‌تنظیم زمان برای رله های مرتبط با نقاط به سمت نقطه A افزایش می‌یابد.

در صورت بروز هرگونه خطا درنقطه‌F ، بدیهی‌است که CB-3 در نقطه D طی ​​عدم باز شدن CB-3 ، CB-2 عمل می کند زیرا‌تنظیم زمان کلی در آن رله در نقطه‌C بالاتراست.

اگرچه زمان‌تنظیم نزدیکترین رله به‌منبع حداکثراست اما در صورت بروز خطای بزرگ در نزدیکی‌منبع ، مدت زمان کوتاه تر خواهد شد، زیرا زمان کاررله به طور معکوس متناسب با جریان خطااست.

حفاظت اضافه جریان از فیدرهای موازی

برای حفظ پایداری سیستم ، لازم‌است بارگیری ازمنبع توسط دو یا بیشتر از دو فیدر به طورموازی تغذیه‌شود.

در صورت بروز خطا در هر یك از فیدرها ، فقط آن فیدر معیوب بایداز سیستم جدا‌شود تا تداوم تأمین از منبع‌به بار حفظ‌شود.

این نیاز باعث می‌شود که حفاظت از فیدرهای‌موازی کمی پیچیده‌تر از عدم به حفاظت اضافه‌جریان یک طرفه‌خط مانند فیدرهای شعاعی باشد.

حفاظت از فیدرموازی نیاز به‌استفاده از رله‌های جهت‌دار و درجه بندی زمان رله برای تریپ‌دارد.

حفاظت‌اضافه جریان فیدرهای موازی

دو فیدر وجوددارد که به طور‌موازی از منبع‌به بار وصل می‌شوند. هر دو فیدر دارای رله اضافه‌جریان جهت‌دار در انتهای منبع نیستند.

این رله‌هاباید رله زمان معکوس باشند. همچنین هردو فیدر دارای رله جهت‌دار یا رله توان معکوس در انتهای بار خود هستند.

رله‌های توان معکوس مورد استفاده در اینجا می‌بایست از نوع فوری‌باشد. این بدان معناست که این رله‌ها به محض برگشت جریان‌ برق‌در فیدر بایدکارکنند. جهت عادی‌برق از مبدا به باراست.

حال فرض کنید یک‌خطا درنقطه‌F رخ دهد ، بگویید جریان خطا I_fاست.

این‌خطا دو مسیرموازی را ازمنبع دریافت می‌کند، یکی فقط از طریق کلید A و دیگری از طریق CB-B ، فیدر 2 ، CB-Q ، باس بار و CB-P.

این به وضوح در شکل زیر نشان داده شده‌است ، جایی که IA و IB به ترتیب جریان خطا توسط فیدر 1 و فیدر 2 هستند.

حفاظت اضافه‌جریان فیدرهای موازی

طبق قانون جریان کیریشهف ، I_A + I_B = I_f

اکنون ، IA از طریق CB-A در جریان است، IB از طریق CB-P جریان می یابد. هنگامی که جهت گردش CB-P برعکس می شود، فوراً تریپ‌خواهدکرد.

اما CB-Q قطع‌نخواهد‌کرد زیرا جهت جریان (برق) در این کلید برعکس نمی‌شود.

به محض اینکه CB-P تریپ کند، خطای‌جریان IB از طریق فیدر متوقف می‌شودو از این رو هیچ سوالی در مورد عملکرد بیشتر زمان معکوس نسبت به رله جریان وجود ندارد.

IA همچنان به جریان خود ادامه می‌دهد حتی اگر CB-P تریپ کند. سپس به دلیل‌اضافه جریانIA ، CB-A قطع‌خواهد کرد. در این روش فیدر معیوب از سیستم جدامی‌شود.

حفاظت سیم پایلوت دیفرانسیل[6]

این فقط یک‌طرح حفاظت دیفرانسیلی‌است که برای فیدرها اعمال می‌شود. چندین طرح‌دیفرانسیل برای حفاظت ازخط اعمال می‌شود اما سیستم تعادل ولتاژ مرز [7]وطرح ترانسلی [8]از محبوب ترین‌ها‌است.

سیستم تعادل ولتاژ مرز

اصول کار سیستم تعادل ولتاژ Merz بسیار ساده‌است. در این طرح‌حفاظت‌خط، CT یکسان به هر دو انتهای‌خط وصل‌می‌شود.

قطب CT ها یکسان‌است. ثانویه این ترانسفورماتور جریان و سیم‌پیچ عمل کننده با دو رله جریان آنی یک مسیر حلقه بسته تشکیل می‌دهند، همانطور که در شکل زیر نشان داده‌شده‌است.

از سیم پایلوت حلقه برای اتصال هر دو سیم پیچ ثانویه و هر دو سیم‌پیچ رله همانطور که نشان داده‌شده‌است استفاده‌می‌شود.

محافظ خط پایلوت دیفرانسیل

اکنون ، از شکل کاملاً واضح‌است که وقتی سیستم در شرایط عادی قراردارد ، هیچ جریانی از طریق حلقه وجود نخواهد داشت زیرا جریان ثانویه یک CT باعث‌می‌شود جریان ثانویه CT دیگر از بین برود.

حال اگرخطایی در بخشی ازخط بین این دو CT رخ دهد، جریان ثانویه یک CT دیگر برابر و برعکس جریان ثانویه CT دیگری نیست. از این رو، می‌تواند منجر به ایجاد یک جریان گردشی در حلقه‌شود.

با توجه به این جریان گردشی، سیم پیچ هر دو رله باعث بسته شدن مدار تریپ کلید مربوطه‌شود. از این رو ، خط‌معیوب از هر دو انتها جدا خواهدشد.

مقالات مرتبط :

سیستم حفاظت در سیستم برق

حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور | رله های دیفرانسیل

لینک زبان اصلی مقاله :

Protection of Lines or Feeder

[1] Time graded over current protection

[2] Differential protection

[3] Distance protection

[4] Definite Time Relay

[5] Over Current Line Protection by Inverse Relay

[6] Differential Pilot Wire Protection

[7] Merz Price Voltage balance system

[8] Translay Scheme