رله دیستانس و عملکرد آن – به زبان ساده و کاربردی

رله دیستانس از مهم‌ترین تجهیزات حفاظت از راه دور در سیستم قدرت است که عملکرد آن‌ به فاصله منبع/فیدر و نقطه‌ای که خطا در آن رخ می‌دهد بستگی دارد. حفاظت این رله‌ها از یک شکل محافظتی با شکل دیگر تفاوت دارد زیرا عملکرد آن به نسبت ولتاژ و جریان بستگی دارد. گفته می‌شود که رله دیستانس با محرک دوتایی است، زیرا یک سیم‌پیچ توسط ولتاژ و سیم پیچ دیگر توسط جریان انرژی می‌گیرد. این نوع رله در مواردی که نیاز به حفاظت از خطا، حفاظت پشتیبان در خطوط انتقال و توزیع با سرعت زیاد و همچنین هنگامی که رله‌گذاری اضافه جریان بسیار کند است، بیشترین کاربرد را دارد. در این آموزش با رله دیستانس و انواع آن آشنا می‌شویم.

رله دیستانس چیست؟

«رله دیستانس» (Distance Relay) به عنوان «رله امپدانسی» (Impedance Relay) یا دستگاه محافظت از راه دور یا دستگاه تحت کنترل ولتاژ نیز شناخته می‌شود. کارکرد این رله عمدتاً به فاصله بین امپدانس نقاطی که خطا رخ می‌دهد و محل نصب رله (نقطه تغذیه) بستگی دارد. وقتی نسبت ولتاژ و جریان به مقدار از پیش تعیین شده یا کمتر از تنظیم رله برسد، رله دیستانس عمل می‌کند. این نوع رله برای حفاظت پشتیبان، محافظت از خطا، حفاظت فاز و محافظت اصلی خطوط انتقال و توزیع استفاده می‌شود.

رله دیستانس یک وسیله محافظت از راه دور است که برای اندازه‌گیری نقطه خطا طراحی شده است. عملکرد این رله به مقدار امپدانس بستگی دارد. وقتی امپدانس نقطه معیوب کمتر از امپدانس رله باشد، قطع‌کننده مدار (دژنکتور) را قطع کرده و کنتاکت‌ها را می‌بندد. ولتاژ و جریان عبوری از ترانس ولتاژ (PT) و ترانس جریان (CT) به طور مداوم توسط رله کنترل می‌شود و فقط در صورتی که نسبت ولتاژ و جریان (مقدار امپدانس) کمتر از مقدار امپدانس از پیش تعیین شده باشد، رله شروع به کار می‌کند.

رله دیستانس چگونه کار می کند؟

عملکرد رله دیستانس را در دو شرایط عادی و وضعیت خطا توضیح می‌دهیم.

حالت عادی: یک حالت عملیاتی عادی است اگر ولتاژ خط یا گشتاور بازیابی بیشتر از جریان یا گشتاور باشد. از شکل بالا می‌توان مشاهده کرد که رله دیستانس یا امپدانسی روی خط انتقال بین نقاط AB قرار گرفته است. فرض کنید امپدانس خط در شرایط عملیاتی Z است. رله دیستانس زمانی شروع به کار می‌کند که امپدانس خط کمتر از امپدانس Z رله باشد.

حالت خطا: در این حالت، وقتی افزایش مقدار جریان از ولتاژ ببیشتر باشد، احتمال وقوع خطا در خط انتقال وجود دارد. این بدان معنی است که جریان روی خط با امپدانس رله تناسب عکس دارد. از این رو رله در این شرایط عمل می‌کند، زیرا امپدانس روی خط کاهش می‌یابد و کمتر از مقدار امپدانس از پیش تعیین شده است.

اگر خطای F1 در خط AB رخ داده باشد، امپدانس خط به کمتر از مقدار از پیش تعیین شده رله کاهش می‌یابد و با ارسال فرمان تریپ به بریکر آن را فعال می‌کند. اگر خطا فراتر از حالت مثبت برسد، کنتاکت‌های رله بسته نمی‌شود.

انواع رله دیستانس

از آنجا که رله دیستانس به نسبت ولتاژ و مقادیر جریان بستگی دارد، می‌توان آن را در پنج دسته طبقه‌بندی کرد.

رله امپدانسی

این نوع رله به امپدانس Z بستگی دارد و برای محافظت از خطای فاز خط انتقال در یک طول متوسط ​​مناسب است.

رله راکتانسی

این نوع رله به مقدار راکتانس X بستگی دارد و برای حفاظت در مقابل خطا در خط مناسب است.

رله ادمیتانسی یا مهو

این نوع رله به مقدار ورودی Y بستگی دارد و برای محافظت در برابر خطای فاز خط انتقال طولانی که در آنجا افزایش ناگهانی توان اتفاق می‌افتد مناسب است. در صورت بروز هرگونه خطا، رله دیستانس، بسته به مقادیر امپدانس یا راکتانس یا ادمیتانس شروع به کار می‌کند.

رله دیستانس مشخص

این نوع رله زمانی شروع به کار می‌کند که مقدار راکتانس یا ادمیتانس زیر مقدار امپدانس از پیش تعیین شده رله باشد. این رله می‌توانند امپدانسی، راکتانسی یا ادمیتانسی باشند.

رله دیستانس زمانی

کارکرد این نوع رله به مقدار امپدانس بستگی دارد. این بدان معناست که عملکرد آن بستگی به فاصله بین خطا و محل رله دارد. هنگامی که خطا به محل رله نزدیک‌تر باشد، با مؤثرتر و زودتر عمل می‌کند. این‌ رله در دسته رله‌های امپدانسی، راکتانسی یا ادمیتانسی قرار می‌گیرد.

تست رله دیستانس و روش آن

تست رله دیستانس برای بررسی تنظیمات رله محافظتی، پیکربندی رله، نصب، آزمایش و راه‌اندازی کل دستگاه برای محافظت ضروری است. از آنجا که از رله‌های دیستانس برای محافظت سراسری از اتصال کوتاه استفاده می‌شوند، شرایط عملکرد آن‌ها به اندازه‌گیری مقادیر الکتریکی مانند ولتاژ و جریان و ارزیابی مقدار امپدانس برای خطا بستگی دارد که متناسب با فاصله بین رله و نقطه خطا است.

اطمینان حاصل کنید که هر سه ناحیه رله محافظ به درستی تنظیم شده است. ناحیه 1 برای حالت تریپ لحظه‌ای در جهت مستقیم رو به جلو تنظیم شده است. ناحیه 2 برای رسیدن فرارسش با تأخیر زمانی (تکی) در جهت جلو تنظیم شده است. ناحیه 3 برای رسیدن فرارسش تأخیر زمان در حالت دو برابر در جهت جهت معکوس تنظیم شده است.

اطمینان حاصل کنید که نوع سیستم قدرت مورد استفاده برای خط انتقال 400 کیلوولت مدل سه‌‌فاز و دو بار (سه بار مقاومتی با دو 9 کیلوولت) باید در 400 ولت کار کنند. هنگام آزمایش حالت حفاظتی، مطمئن شوید که همه حالت‌های حفاظتی باقی‌مانده غیرفعال هستند. همچنین، تمام اتصالات PT ،CT و اتصالات خط انتقال را بررسی کنید که به درستی متصل شده باشند.

مشخصات رله دیستانس

عناصر عملیاتی ولتاژ و جریان دو جزء مهم رله امپدانس هستند. عنصر جریان گشتاور انحرافی را ایجاد می‌کند، در حالی که ولتاژ گشتاور بازیابی را ایجاد می‌کند. معادله گشتاور رله به صورت زیر است:

$$\large T = k_1 I ^ 2 - k_2 V ^ 2 - k _ 3$$

$$-k_3$$ اثر فنری رله است. $$V$$ و $$I$$ مقدار ولتاژ و جریان هستند. وقتی رله در حالت عادی کار می‌کند، گشتاور خالص رله صفر می‌شود.

$$\large k _ 2 V ^ 2 = k_1 I ^ 2 - k _ 3$$

$$\large \frac VI =Z = \sqrt {\frac {k_1}{k_2}-\frac {k_3}{k_2 I ^2}}$$

اگر اثر کنترل فنر نادیده گرفته شود، معادله تغییر می‌کند:

ثابت = $$\large Z = \sqrt {\frac {k_1}{k_2}}$$

در شکل زیر مشخصه عملکرد در مورد ولتاژ و جریان نشان داده شده است. خط منقطع در تصویر نشان دهنده شرایط عملکرد در امپدانس خط ثابت است. جریان عبوری از ترانس جریان (CT) در محور X و ولتاژ تأمین شده توسط ترانس ولتاژ (PT) در محور Y گرفته می‌شود.

اگر امپدانس خط انتقال بیش از امپدانس رله در شرایط خطا باشد، در این صورت گشتاور مثبت بالاتر از خط مشخصه کاری تولید می‌شود. به همین ترتیب، اگر امپدانس خط از امپدانس رله در شرایط خطا کمتر باشد، در این صورت گشتاور منفی تولید می‌شود.

همچنین، با استفاده از صفحه R-X می‌توان مشخصات کاری رله دیستانس را توضیح داد. فرض کنید R شعاع دایره امپدانس خط باشد. X زاویه فاز و R موقعیت برداری است.

در ناحیه مثبت، امپدانس خط از شعاع دایره کمتر خواهد بود. در ناحیه منفی، امپدانس خط بیشتر از شعاع دایره است. از این مشخصات کاری می‌توان نتیجه گرفت که این نوع رله‌ها برای خطوط انتقال سریع مناسب هستند و از این نظر به این رله‌های سریع گفته می‌شود.

مثال رله دیستانس

رله SIPROTEC 7SA522 نمونه‌ای مدرن از یک رله دیستانس است. از این رله برای حفاظت از راه دور کامل استفاده می‌شود و تمام عملکردهای لازم برای محافظت از خط برق را انجام می‌دهد. نمودار تک‌خطی این نوع رله در شکل زیر نشان داده شده است.

بخش‌های شکل بالا به شرح زیر هستند:‌

• 21/21N حفاظت دیستانس است.
• FL عیب‌یاب است.
• 50N/51N و 67N حفاظت خطای زمین جهت‌دار است.
• 50/51/67 برای حفاظت پشتیبان اضافه‌جریان است.
• 50 STUB اضافه‌جریان زیرشینه است.
• 68/68T نشان دهنده نوسان برق (تشخیص یا قطع) است.
• 85/21 برای محافظت از راه دور است.
• 27WI برای از حفاظت تعغذیه ضعیف است.
• 85/67N برای محافظت خطای زمین از راه دور است.
• 50HS برای محافظت از سوئیچ است.
• 50BF خرابی قطع است.
• 59/27 برای محافظت در برابر اضافه ولتاژ است.
• 810/U برای حفاظت بیش/کم است.
• 25 سنکرون چک است.
• 79 بازبست اتوماتیک است.
• 74TC مدار تریپ است.
• 86 نشانگر دستور قفل است.

مزایا و معایب رله دیستانس

در زیر مزایای رله دیستانس نسبت به رله اضافه جریان آورده شده است:‌

• جایگزین حفاظت از اضافه جریان خطوط انتقال است.
• محافظت را خیلی سریع انجام می‌دهد.
• هماهنگی و عملکرد آن بسیار ساده است.
• با تنظیمات دائمی در دسترس است و نیازی به تنظیم مجدد ندارد.
• اثر مقدار سطوح جریان خطا روی آن کمتر است.
• قابلیت عبور بار بالا را دارد.

معایب رله دیستانس یا رله امپدانس در زیر بیان شده است:

• از آنجا که در هر دو طرف خطای یک خط کار می‌کند، گفته می‌شود که غیرجهت‌دار است.
• از شناسایی خطاهای داخلی و خارجی یک خط عاجز است.
• مقاومت قوس خطای خط بر عملکرد رله تأثیر می‌گذارد. زیرا قوس در صورت بروز خطا در هر نقطه وجود دارد.
• نوسانات برق ‌بر عملکرد رله دیستانس تأثیر می‌گذارد، زیرا منطقه تحت پوشش توسط دایره در طرفین صفحه R-X بزرگ است.
• ظرفیت اندازه‌گیری مقاومت در برابر خطا محدود است.

کاربردهای رله دیستانس

رله دیستانس در موارد زیر کاربرد دارد:

• محافظت از خطوط انتقال و خطوط توزیع در برابر ولتاژ بالای AC
• حفاظت پشتیبان ولتاژ AC در برابر انواع خطای سه‌فاز، فاز به فاز و فاز به زمین خطوط توزیع و انتقال
• رله‌های دسستانس استاتیک بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا از انواع خطاهای خط در خطوط انتقال (کوتاه، متوسط​​، بلند و اصلی) از راه دور محافظت می‌کنند.

معرفی فیلم آموزش حفاظت و رله

برای آشنایی بیشتر با مبحث رله و حفاظت، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش ویدیویی حفاظت و رله مراجعه کنید که توسط فرادرس تهیه شده است. مدت این آموزش ۱۴ ساعت و ۴۲ دقیقه است و در ۵ درس تدوین شده است. در درس یکم این آموزش، مقدمه‌ای بر حفاظت سیستم‌های قدرت بیان شده است. موضوع درس دوم رله، انواع رله و اصول عملکرد آن‌هاست. در درس سوم به ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان پرداخته شده است. درسص چهارم به حفاظت خطوط انتقال اختصاص دارد. در نهایت، در درس پنجم، حفاظت ژنراتور، ترانسفورماتور و باس بار (Bus Bar) بیان شده است.

• برای مشاهده آموزش آموزش حفاظت و رله + اینجا کلیک کنید.

معرفی فیلم آموزش آشنایی با حفاظت پیشرفته در سیستم های قدرت

یکی از آموزش‌های فرادرس در زمینه رله و حفاظت، آموزش آشنایی با حفاظت پیشرفته در سیستم های قدرت است که در ۸ ساعت و در قالب ۸ درس تدوین شده است. در درس یکم این آموزش ویدیویی مطالبی درباره رله دیجیتال ارائه می‌شود. موضوع درس دوم الگوریتم‌های مبتنی بر شکل موج سینوسی است. در درس سوم روش مبتنی بر تابع والش و آنالیز فوریه بررسی شده است. موضوع درس چهارم روش‌های حداقل مربعات است. در درس پنجم این آموزش، روش‌های مبتنی بر معادله دیفرانسیل بیان شده است. در درس ششم حفاظت مبتنی بر اصول امواج سیار ارائه شده است. موضوع درس هفتم حفاظت دیفرانسیل دیجیتال خط ترانسفورماتور است. در نهایت، در درس هشتم، حفاظت دیجیتالی خط انتقال بیان شده است.

• برای مشاهده آموزش آشنایی با حفاظت پیشرفته در سیستم های قدرت + اینجا کلیک کنید.