رله های مولتی فانکشن

[A R M A N]

رله های چند منظوره
(مولتی فانکشن)

​

حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالیها ، به وسیله كلید قدرت انجام می گیرد قبل از اینكه كلید قدرت بتواند باز شود ، سیم پیچی عمل كنندة آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام می پذیرد . رله به دستگاهی گفته می شود كه در اثر تغییر كمیت الكتریكی مانند ولت و جریان و یا كمیت فیزیكی مثل درجه حرارت و حركت روغن ( در رله بوخهولس ) تحریك شده و باعث به كار افتادن دستگاههای دیگر و نهایتاً قطع مدار به وسیله كلید قدرت ( در سیستم تولید و انتقال و توزیع ) یا دژنكتور می گردد .
بنابراین به وسیله رله محل وقوع عیب از شبكه جدا سازی شده باعث می شود كه سایر قسمتهای سالم شبكه همچنان به كار خود ادامه دهند و پایداری و ثبات شبكه به همان حالت قبلی محفوظ بماند.
تجهیزات و دستگاهها در مقابل عیوب و اتصالی ها محافظت شده و میزان خسارات وارده به آنها محدود گردد . سبب به وجود آمدن اتصالی ها و تأثیرات آن : به دو علت زیر اتصالی ها می توانند به وجود آیند : الف – تأثیرات داخلی تأثیرات داخلی كه باعث خراب شدن و از بین رفتن دستگاهها یا خطوط انتقال و توزیع می شود عبارتند از :فاسد شدن قسمتهای عایق در یك مولد ، ترانسفورماتور ، خط ، كابل و غیره . این ضایعات و امكانات مكن است مربوط به عمر عایق ، عدم تنظیم صحیح ، عدم ساخت صحیح و یا عدم نصب صحیح عایق باشد . ب – تأثیرات خارجیتأثیرات خارجی شامل تأثیرات زیادی است از آن جمله رعد و برق ، اضافه بار كه باعث به وجود آمدن حرارت شود ، برف و باران ، باد و طوفان ، شاخة درختها ، حیوانات و پرندگان ، سقوط اشیاء اشتباه در عملیات و خسارتهایی كه یه وسیله مردم وارد می شود و غیره . وقتی كه یك اتصالی در مداری رخ دهد ، جریان افزایش یافته و ولتاژ ( اختلاف پتانسیل ) نقصان پیدا می كند افزایش جریان حرارت زیادی را به وجود آورده كه ممكن است منجر به آتش سوزی یا انفجار شود . اگر اتصالی به صورت جرقه باشد ممكن است خسارت زیادی به بار آورد . برای مثال اگر جرقه ای بر روی خط انتقال نیرو به وجود آمده و سریعاً بر طرف نشود خط را سوزانده و باعث پاره شدن آن خواهد شد و نتیجه سبب قطع برق برای مدت طولانی خواهد شد . نقصان ولتاژ كه در اثر یك اتصالی به وجود آید می آید برای دستگاههای الكتریكی بسیار زیان آور است و اگر این ولتاژ ضعیف برای چند ثانیه ایی ادامه داشته باشد ، موتورهای مشتركین از كار باز ایستاده ، دوران مولدهای برق نامنظم و نا مرتب خواهد شد پس در صورت وقوع جریان شدید و ولتاژ ضعیف به سبب اتصالی در مدار می بایست به فوریت اتصالی كشف و برطرف گردد و جریان ولتاژ به حالت عادی باز گردانده شود.
رله های جریانی : رله های جریانی به منظور حفاظت شبکه های الکتریکی در مقابل عیوب ناشی از خطاهای جریان بکار میروند . عمده عیوبی که توسط رله های جریانی تشخیص داده می شوند عبارت است از : اتصال کوتاه در شبکه - اضافه جریان - اضافه بار- جریان نشتی - عدم تقارن جریان سه فاز- کاهش بار (در مورد موتورها).
حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و اتصالی زمین : اولین و یکی از مهمترین حفاظت هایی که در یک سیستم وجود دارد حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و نشتی زمین می باشد . این حفاظت ها با حفاظت اضافه بار تفاوت آشکاری دارد چون حفاظت اضافه بار بر اساس ظرفیت حرارتی واحد می باشند . در این نوع حفاظت جریان سه فاز توسط سه عدد ترانسفورمر جریان حس می گردند و به رله انتقال می یابند و بر اساس آن حفاظت صورت می گیرد . در مورد حفاظت فوق منحنی قطع رله از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است زیرا حفاظت صحیح بر اساس آن صورت میگیرد .این رله ها می توانند دارای دو گروه منحنی قطع باشند : نوع زمان ثابت که پارامتر جریان و زمان به هم وابستگی ندارند و به صورت جداگانه تنظیم می گردند و رله بر اساس جریان تنظیمی در زمان تنظیم شده فرمان قطع را صادر می کنند و نوع زمان کاهشی که در این حالت زمان قطع رله با یک منحنی به جریان عبوری از رله مرتبط می باشد . به این صورت که هر چه جریان عبوری از رله بیشتر گردد زمان قطع رله کمتر خواهد بود .بسته به عملکرد و نوع استفاده از رله منحنی های استانداردی برای این رله ها تعریف می گردد که بشرح زیر است :

Standard Inverse Curve SIT - Very Inverse Curve VIT - Extremely Inverse Curve EIT - Ultra Inverse Curve UIT

حفاظت سیستم های الکتریکی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و امروزه کمپانی های متعددی در حال طراحی و ساخت رله های حفاظتی می باشند . برخی از کمپانی های معتبر که در این زمینه مشغول به فعالیت می باشند را معرفی می کنیم.Siemens , Alstom , ABB , GE Power , Schneider , CEE , به طور کلی رله های حفاظتی باید دارای مشخصات زیر باشند : سرعت عملکرد : این پارامتر در رله های حفاظتی بسیار حائز اهمیت است چون رله های حفاظتی هنگام خطا موظفند با سرعت هرچه تمامتر بخش های معیوب را از قسمت های سالم جدا نمایند . حساسیت : این پارامتر به حداقل جریانی که سبب قطع رله می گردد بر میگردد . تشخیص و انتخاب در شرایط خطا : این پارامتر نیز بسیار مهم است زیرا در شبکه هایی که دارای چند باس بار و رله حفاظتی هستند هنگام وقوع خطا می باید قسمت معیوب به درستی تشخیص داده شده و از شبکه جدا گردد و قسمتهای سالم به کار خود ادامه دهد. پایداری : این پارامتر به این باز میگردد که یک رله حفاظتی به تمامی خطاهایی که در محدوده حفاظتی خود به درستی عکس العمل نشان دهد و در مقابل خطاهای این محدوده عکس العملی نشان ندهد . دسته بندی رله های حفاظتی بر اساس پارامترهای اندازه گیری : الف) رله های جریانی : این رله ها بر اساس میزان جریان ورودی به رله عمل می کند . حال این جریان می تواند جریان فازها , جریان سیم نول , مجموع جبری جریانهای فازها باشد (رله های جریان زیاد – رله های ارت فالت و .... ) و جریان ورودی رله می تواند تفاضل دو یا چند جریان باشد ( رله های دیفرانسیل و رستریکت ارت فالت ). ب) رله های ولتاژی : این رله ها بر اساس ولتاژ ورودی به رله عمل میکند این ولتاژ می تواند ولتاژ فازها باشد (رله های اضافه یا کمبود ولتاژ و ....) و یا میتواند مجموع جبری چند ولتاژ باشد ( رله تغییر مکان نقطه تلاقی بردارهای سه فاز) . ج) رله های فرکانسی : این رله ها بر اساس فرکانس ولتاژ ورودی عمل میکند ( رله های افزایش و کمبود فرکانس) . د) رله های توانی : این رله ها بر اساس توان عمل می کنند به عنوان مثال رله هایی که جهت توان را اندازه گیری می کنند یا رله هایی که توان اکتیو و راکتیو را اندازه گیری می کنند . ه) رله های جهتی : این رله ها از جنس رله های توانی هستند که بر اساس زاویه بین بردارهای ولتاژ و جریان عمل میکنند مانند رله های اضافه جریان جهتی که در خطوط چند سو تغذیه رینگ و پارالل بکار می روند و یا رله های جهت توان که جهت پرهیز از موتوری شدن ژنراتور هنگام قطع کوپلینگ آن بکار میرود . و) رله های امپدانسی : مانند رله های دیستانس که در خطوط انتقال کاربرد فراوانی دارند . ز) رله های وابسته به کمیت های فیزیکی : مانند حرارت – فشار – سطح مایعات و .... مانند رله بوخ هلتس ترانسفورمرها . ح) رله های خاص : رله هایی هستند که برای منظورهای خاص به کار میروند مثلا رله تشخیص خطای بریکر – رله مونیتورینگ مدار تریپ بریکر – رله لاک اوت و ..... .
در این جا رله های مورد بحث ما رله های چند منظوره یا مولتی فانکشن هستند.

Multifunctional Relays
​

 

[A R M A N]

رله های دیجیتالی مولتی فانکشن

رله های دیجیتالی مولتی فانکشن

رشد روز افزون شبکه های قدرت ، ضرورت بکار گیری رله های سریع و قابل اطمینان را برای حفاظت تجهیزات اصلی و حفظ پایداری شبکه پدیده آورده است.رله های حفاظتی متداول ،در ابتدا از نوع الکترومغناطیسی و سپس استاتیکی بوده اند.رله های الکترومغناطیسی دارای اشکلات متعددی همچون مصرف ولت آمپر زیاد، زمان عملکرد طولانی ،فرسایش قطعات مکانیکی است.رله های استاتیکی به دلیل مزایای ذاتی چون حجم کوچک ، مصرف کم ،نیاز به تعمیرات کمتر و سرعت بیشتر در دهه 70 و اوایل دهه 80 میلادی به طور فزاینده ای مورد استفاده واقع شدند.گرچه کاربرد رله های استاتیکی باموفقیت همراه بوده ولی آنها نیز دارای معایبی چون عدم انعطاف پذیری ،عدم تطابق با تغییر شرایط وپیچیدگی شبکه می باشند.
استفاده از حفاظت دیجیتالی ،براساس به کار گیری ریز پردازنده از دو دهه گذشته مورد توجه واقع گردیده و این به طور عمده به دلیل بهبود عملکرد سیستم های حفاظتی بوده است.
عرضه ریز پردازنده ها (میکروپروسسورها)در دهه 70، نقطه عطفی در روند طراحی و ساخت طرح های حفاظتی دیجیتالی گردید. ریز پردازنده های پیشرفته ،توانمند و اقتصادی ،سبب افزایش توجه به عرضه و استفاده از رله های حفاظتی مبتنی بر ریزپردازنده ها شد،زیرا این رله ها بدلیل امکان برنامه ریزی از انعطاف بیشتری برخوردار بوده و نسبت به رله های الکترومغناطیسی و استاتیکی مرسوم ارجحیت دارند.ویژگی های بارزی که طراحی و ساخت رله های مبتنی بر ریز پردازنده ها را شدت بخشید،اقتصادی بودن آنها ،حجم کم،قابلیت اطمینان،انعطاف زیاد و همچنین عملکرد بهتر نسبت به رله های مرسوم بوده است. امروزه با استفاده از رله های دیجیتالی چند منظوره می توان مشخصه های حفاظتی متعددی را با استفاده از یک سخت افزار بدست آورد.

برای دست یابی به مشخصه های مختلف حفاظتی از برنامه های مختلف و سخت افزار مشترک استفاده می گردد.رله های دیجیتالی ،انعطاف لازم برای کاربررا فراهم آورده و بر رله های الکترومغناطیسی و استاتیکی برتری دارند.
مزایای حفاظت دیجیتالی :
به طور کلی ،مزایای حفاظت دیجیتالی را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:
الف- سرعت عملکرد زیاد،
ب- قدرت انتخاب گری زیاد،
ج- قابلیت اطمینان بالا،
د- سهولت تعمیر و نگهداری،
و- اقتصادی تر بودن،و
ز- تنوع منابع سازنده سخت افزار

در مورد هریک از این موارد، مطالب زیر را می توان به اختصار بیان کرد:


سرعت عملکرد زیاد :
با توجه به سرعت زیاد پردازش در ریزپردازنده ها و پیشرفت های چشمگیر در الکترونیک ،سیستم های حفاظتی و دیجیتالی از عملکرد سریعی برخوردارند.بدین ترتیب سرعت عملکرد در رله های دیجیتالی با رله های الکترومکانیکی و حتی استاتیکی قابل مقایسه نمی باشد،چون بر خلاف رله های آنالوگ در رله های دیجیتال عملکرد از طریق برنامه نرم افزاری است.

قدرت انتخابگری زیاد:
با توجه به توانایی چشمگیر رله های دیجیتالی درپردازش اطلاعات،می توان انتظار داشت که قدرت انتخاب گری در این گونه رله ها به مراتب بیش از رله های الکترو مکانیکی و یا استاتیکی است.برای دستیابی به حفاظتی با قدرت تمایز بالا ، نه تنها از کمیات الکتریکی چون ولتاژ و جریان استفاده می شود بلکه وضعیت کلیدها و کمیات دیگر نیز می توانند به عنوان ورودی به رله داده شوند.


قابلیت اطمینان بالا :
رله های دیجیتالی طوری طراحی می شوند که بتوانند خود را به طور دایم بازرسی نمایند.روند نظارت ،شامل اجرای برنامه نرم افزاری رله و ارتباط با مجموعه اطلاعات معینی بوده و نتایج بدست آمده با آنچه که از یک دستگاه سالم انتظار می رود مقایسه می گردد. اگر پاسخ بدست آمده با پاسخ مورد نظر متفاوت باشد ،موضوع به عنوان خطا تلقی شده و سیگنال هشدار دهنده برای کاربرارسال خواهد شد. این ویژگی را می توان از طریق برنامه ریزی رله برای نظارت تجهیزات جانبی آن گسترش داد.
لازم به یاد آوری است که نظارت خودی به طور مستقیم ،سبب افزایش قابلیت اطمینان نمی شود،ولی ابزاری ایجاد می کند تا وضعیت کاری دستگاه حفاظتی روشن تر شود. این نکته به نوبه خود تاثیر مطلوب غیر مستقیم روی قابلیت اطمینان کلی مجموعه دارد زیرا این ضمانت را بوجود می آورد که تعداد عملکرد های اشتباه بالقوه کاهش می یابد.قابلیت اطمینان را می توان از طریق افزودگی سخت افزار یا نرم افزار نیز بهبود بخشید.
افزودگی سخت افزار از طریق به کار بردن تجهیزات اضافه برای یک منظور و افزودگی نرم افزار از طریق مبانی عملکرد متفاوت روی یک رله صورت می گیرد.

 

[A R M A N]

قابلیت انعطاف زیاد :
رله های دیجیتالی به طور کلی نسبت به رله های قبلی انعطاف بیشتری دارند،به عنوان مثال ،رله های دیجیتالی قابلیت برنامه ریزی را دارند که این ، موجب قابلیت استفاده از یک سخت افزار مشابه (برای انجام مجموعه ای از فعالیتهای حفاظتی و کنترلی از طریق تغییر در نرم افزار)می گردد. یک رله را می توان به مشخصات متعددی نیز مجهز نمود،از سوی دیگر هر گونه اصلاحات یا تغییرات مورد نیاز بر اثر تغییر در شرایط بهره برداری شبکه به سادگی و بدون تغییر در ساخت سخت افزاری قابل انجام است.
سهولت تعمیرونگهداری :
همانگونه که اشاره شد به دلیل نظارت دایمی توسط خودرله،آزمایشات دوره ای این رله ها به حداقل ممکن می رسد،ازسوی دیگربه دلیل ساختمان ساده وبه هم فشرده ی سخت افزاری نسبت به رله های آنالوگ نیازبه نگهداری کمتری دارند.پیشرفت فن آوری سخت افزاری دیجیتالی،موجب شده است که قطعات ازعمرطولانی وعدم نیاز به تعمیرات برخوردارباشند.


اقتصادی تربودن :
هزینه رله های آنالوگ درطول دودهه گذشته،سیرصعودی داشته است ودرنتیجه همواره نسبت هزینه به سود به طورکلی روبه افزایش بوده است.ازسوی دیگر،پیشرفت درفناوری میکروالکترونیک به کاهش اساسی درقیمت سخت افزار منجرگردیده است ولی باید درنظرداشت که قیمت نرم افزار اغلب به هزینه کلی غالب میشود.مواردی نیزوجوددارندکه درآن هزینه نرم افزار برای تجهیزات تجاری از سخت افزار آنها دست کم چندبرابر بیشتربوده که درنتیجه تجهیزات دیجیتالی ازتجهیزات متداول گرانترشده اند.البته رله های دیجیتالی پرکاربرد به نسبت ارزان بوده زیرا هزینه طراحی و نمونه های اولیه روی رله ها سرشکن می شود وتولید انبوه اجازه استفاده ازفن آوری های ویژه تراشه های میکرو را میدهد.حجم فروش وهزینه ی بهبودطرح نیزدراین موردازاهمیت بالایی برخورداراست.این مواردبه طورعمده طبق میزان پیچیدگی کاری رله تغییرمی کند.درآخرمیتوان گفت که به دلیل بهبودعملکردوکارایی شبکه های قدرت براثراستفاده ازفن آوری دیجیتال،نسبت هزینه به سود،درتجهیزات حفاظت دیجیتالی بتدریج درحال کاهش است.


تنوع منابع سازنده ی سخت افزار :
بدلیل تنوع نرم افزارهای رله های دیجیتالی ویکسان بودن بیشترتراشه های سخت افزاری آنها،میتوان برای مواردچندمنظوره ازآنهااستفاده کرد.یکسان بودن تراشه های ریزپردازنده وساختمان سخت افزاری رله های دیجیتالی سبب شده است که شرکت های مختلفی دردنیا اقدام به ساخت آنها نمایند.ایجاداین منابع سازنده نگرانی مصرف کننده راازعدم کارآیی رله ها دراثراشکال بعضی ازقطعات سخت افزاری ازمیان برده است.تنوع تولید تجهیزات وعرضه ی وسیع آنها،سبب برتری رله های دیجیتالی نسبت به رله های آنالوگ گردیده است.

 

[A R M A N]

ساختاراصلی رله های دیجیتالی :
برخلاف رله های آنالوگ،رله های دیجیتالی ازدوبخش عمده سخت افزارونرم افزار تشکیل می شوند.نرم افزاربکاررفته دریک رله،نه تنها مشخصه عملکردآن راتعیین میکند،بلکه وظیفه آن رانیزمعین خواهدکرد.به عنوان مثال،وظیفه حفاظت دیفرانسیل توسط نرم افزارمعین میشود.بخش عمده وجداناپذیرنرم افزاربه الگوریتم آن مربوط میشود.الگوریتم مجموعه ای ازدستورات ریاضی برای پردازش جریانها و ولتاژهای ورودی،به منظورتخمین پارامترهایی چون مقادیرموثرسیگنالها وهارمونیک های جریانهای تفاضلی وغیره می باشد.این پارامترهای محاسبه شده از این پس،برای تصمیم گیری رله مبنی بر وجود یا عدم وجودخطا و فعال کردن فرمان های خروجی بکارمیروند.

الگوریتم های مختلفی برای کاربرددرحفاظت دیجیتالی ارایه شده است که به طورکلی،میتوان آنهارابه صورت زیرطبقه بندی نمود:

الف- الگوریتم های مبتنی برشکل موج سینوسی،که شامل الگوریتم هایی چون نمونه ها ومشتقات مرتبه اول آنها،مشتقات مرتبه اول ودوم،روش دونمونه ای وروش سه نمونه ای هستند.
ب- روش های فوریه ووالش
ج- روش های حداقل مربعات خطا
د- روش های مبتنی برحل معادلات دیفرانسیل مدل شبکه تحت حفاظت
ه- روش های مبتنی برامواج سیار

یک رله دیجیتالی چند منظوره برای کنترل یک یا چند دستگاه حفاظتی در سیستم توزیعی قدرت برای شناسایی خطا ها استفاده می شود.
رله های مولتی فانکشن با پردازش بر روی سیگنال های دیجیتالی فرمان لازم را برای برقراری پایداری شبکه به دیگر دستگاه های حفاظتی میدهند. پردازش سیگنال دیجیتال در این رله ها زمان عملکرد رله را مشخص می کند.

به بلوک دیاگرام زیر توجه کنید:




این رله ها از رله های پر کاربرد در سیستم های توزیع هستند. این رله ها میتوانند به عنوان یک میزبان برای سیستم های حفاظتی مختاف استفاده شوند. به خاطر ویژگی نرم افزاری این رله می توانند دستگاههای حفاظتی در رنج های متنوع را پشتیبانی کنند .

 

[apn1388]