مهندسی برق - انتقال و توزیع

به طور خلاصه سيستم هاي الكتريكي بايد چنان طراحي و اداره شوند كه تحويل انرژي به نقاط مصرف اولاً همراه با قابليت اطمينان لازم و ثانياً از نظر اقتصادي مقرون بصرفه باشد.  حركت اين دو عامل در خلاف هم مي باشند . لذا ضروري است بين آنها توازن تعادلي برقرار كنيم .

2) خطاها :

در اثر ضعف مقاومت عايقي بروز شرايطي كه سيستم براي تحمل آن طرح نشده ، از لحاظ الكتريكي ، مكانيكي و افزايش درجه حرارت از حد مجاز به صورت اتصال كوتاه ، اتصال باز ، اتصال زمين ، شكستن عايقها يا خرابي آنها ظاهر مي شود . البته جريان اتصال كوتاه بزرگترين تهديد براي ايمني شبكه هاي قدرت مي باشد ، كه سبب تغييرات ناگهاني در سيستم مي شود . اين جريان همراه با آزاد شدن مقدار زيادي انرژي توآم است  . كه باعث آتش سوزي در محل عيب و  صدمات مكانيكي به كل سيستم مي شود . لذا مجزا نمودن سريع محل عيب توسط نزديكترين كليد ، خسارت وارده و از مدار خارج شدن سيستم را به حداقل مي رساند . بنابر اين منظور از سيستم حفاظتي عبارت است از معين يا مشخص كردن خطا به طور سريع و توانايي جدا كردن اين قسمت از سيستم قدرت به طوري كه خطا ايزوله و برطرف گردد .

1-2) اثرات نامطلوب خطاها:

1- احتمال اينكه يك يا چند ژنراتور در يك يا چند نيروگاه از سنكرونيزم خارج شده و از سيستم جدا گردند .

2- بروز خسات بيشتر در محل استقرار خطا ها هر چه از زمان بوجود آمدن آن بگذرد .

3- احتمال بروز گسترش خطا به قسمت هاي سالم سيستم

4- احتمال خارج شدن موتورهاي سنكرون در واحد هاي صنعتي از مدار

5- مصرف  كننده ها سرويس برق را از دست مي دهند و يا با كيفيت نا مناسب دريافت  مي كنند .

3) اثرات عملكرد سريع و صحيح سيستم ها حفاظتي عبارتند از :

1- از بروز خطا در دستگاه داراي خطا جلوگيري كرده و يا مقدار خسارت را به حداقل مي رساند . در نتيجه هزينه و وقت كمتري صرف تعميرات شده و دستگاه آسيب ديده سريع تر به مدار بر مي گردد .

2-شدت و مدت تداخل خرابي يك عضو را با ساير اجزاي سيستم كاهش داده يا از آن جلوگيري مي كند و در نتيجه به بهره برداري عادي از سيستم كمك مي كند .

3- قدرتي را كه مي توان به مصرف كننده تحويل داد به حداكثر مي رساند .

1-3) مواردي كه بايد در طراحي سيستم هاي حفاظت يك پست مورد توجه قرار داد :

خصوصيات كلي سيستم حفاظت :

اين خصوصيات كه عبارتند از قابليت اطمينان ، سرعت ، سادگي . اقتصادي بودن ، قدرت تمايز ، قابليت انتخاب و… بايد در هنگام طراحي سيستم حفاظت مورد توجه قرار گيرند .

تقسيم بندي مناطق حفاظتي سيستم قدرت :

الف- ترانسفورماتور ها . ب- ژنراتورها در( سيستم هاي توليد و نيروگاهها )

ج- باسبارها د- خطوط هوايي يا زميني و- مدارهاي مربوط به موتورها . سيستم هاي كنترل توان راكتيو معمولاً سعي مي شود مناطق حفاظتي با توجه به over Lap حداقل تعيين و طراحي حفاظت در مورد آنها انجام شود . با اين روش مناطق مرزي نواحي مجاور نيز در پوشش حفاظتي قرار مي گيرند .اين عمل با اتصال صحيح ترانسفورماتورهاي جريان صورت مي گيرد .

ناحية Over Lap بايد بريكر را در برگيرد تا خود بريكر در هر دو ناحية حفاظتي قرار گيرد . به همين دليل نصب ترانسهاي جريان در هر دو طرف لازم به نظر مي رسد و اين نحوة اتصال با اكثر تجهيزات عملي است .

دو ترانس جريان در طرفين بريكر قرار گرفته اند و نواحي باسبار و فيدر روي بريكر     Over Lap شده اند و هيچ ناحيه أي بدون حفاظت باقي نمانده است .

دو ترانسفورماتور جريان در يك طرف بريكر و در سمت فيدر قرار دارند. در اين حالت يك ناحية كوچك بدون حفاظت باقي مي ماند . خطاي نشان داده شده در شكل باعث عملكرد حفاظت باسبار شده و كليد قطع خواهد شد . اما با فرض وجود منبع تغذيه در طرف ديگر فيدر جريان خطا از طريق اين منبع تأمين خواهد شد . اگر حفاظت به كار برده شده در شبكه أي مربوط به اين شكل از نوع واحد باشد . حفاظت باسبار بايد بريكر طرف ديگر فيدر راهم قطع نمايد .

نشان مي دهد كه  در ترانسفورماتور جريان در يك طرف كليد و نزديك باسبار نصب شده اند . در اين حالت حفاظت فيدر بايد بريكرهاي باسبار را هم قطع كند . در اينصورت باسبار به علت هر خطايي در فيدر از مدار خارج مي شود .

4) مراحل طراحي سيستم حفاظتي :

با توجه به مطالب گفته شده به طور كلي طراحي سيستم هاي حفاظت پست هاي فشار قوي را مي توان به صورت زير بيان و اين موارد هميشه براي طراحي حفاظت پست بايد مد نظر قرار گيرند .

1) بررسي و شناخت كل پست

2) برسي سيستم هاي حفاظتي موجود در كل سيستم به خصوص در پست هاي

3) مطالعه در مورد توسعه هاي احتمالي پست

4) ميزان قابليت اطمينان مورد نظر در طراحي مطالعات دقيق و محاسبه‌ي شاخص هاي مربوط به ملاحظات اقتصادي

5) محاسبات مربوط به مشخصات ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان از نقطه نظر حفاظتي 

6) شناسايي موقعيت ترانسفورماتورهاي جريان و اتصالات آنها

7) مطالعه مشخصات الكتريكي سيستم از قبيل امپدانس خطوط ، ميزان تغييرات نسبت تبديل در ترانسهاي قدرت

پس از مراحل ذكر شده فوق رعايت اصول زير در طراحي سيستم ضروري مي باشد .

الف ) در سيستم هاي با اهميت براي بالابردن قابليت اطمينان حداقل يك حفاظت اضافي با پشتيباني در نظر گرفته مي شود .

ب ) سيستم حفاظت پيشنهادي مي بايست كليه بخشهاي لازم را تحت پوشش قرار دهد .

ج ) استفاده از رله هاي تريپ مجزا براي سيستم هاي حفاظتي اصلي و پشتيباني

د ) درنظر گرفتن سيستم وصل مجدد اتوماتيك براي خطوط با اهميت

ه ) استفاده از مسيرهاي تغذيه ي مستقل براي حفاظت هاي اصلي و پشتيباني و Overlape كردن مناطق مرزي در حفاظت

ز ) استفاده از حفاظت هاي واحد براي نواحي محدود مثل ترانسفورماتور و باسبار ، استفاده از حفاظت هاي غير واحد براي نواحي نامحدود مثل خطوط

1-4) خصوصيات يك طرح حفاظتي :

1-4-1) قابليت اطمينان طرح حفاظتي :

 الف ) طراحي صحيح                 ب) نصب صحيح                 ج ) خرابي و استهلاك

الف ) طراحي صحيح : براي سيستم حفاظتي يك شبكه قدرت بايد قبل از هر چيز وضعيت وچگونگي شبكه كاملاً بررسي شود . در اين مورد انجام آزمايشات مناسب و مفيد حائز اهميت است . آزمايشات بايد در بر گيرنده تمام جنبه هاي حفاظت و همچنين تا حد ممكن شامل عملكرد و شرايط محيطي آن باشد ضمن اين كه آزمايش بر روي رله ها ، C.T ها و PT ها و غيره ضرورت دارد . براي نيل به اين هدف بايد شرايط را بطور واقعي بوجود آورد.

ب) نصب صحيح : ضرورت نصب صحيح تجهيزات حفاظتي براي همه روشن است اما پيچيدگي اتصالات داخلي بسياري از سيستم ها و ارتباط آنها با ساير قسمتهاي نيروگاه يا پست ممكن است ، درست چنين مسئله أي را مشكل نمايد. لذا لازم است از تجهيزات حفاظت آزمايش مناسب به عمل آيد.

ج) خرابي و استهلاك : پس از نصب صحيح قطعه أي از سيستم ممكن است به مرور زمان در آن خرابي و استهلاك پيش آيد و در نتيجه مانع عمل درست آن شود . آلوده شدن كنتاكتها ، سوختن سيم پيچها ، قطع مدار فرمان يا اين كه قسمتهاي مكانيكي بر اثر گردو غبار قادر به تحريك عاديشان نباشد.

يكي از مشكلات خاص رله هاي حفاظتي اين است كه فاصله زماني بين دوبار به كار افتادن آنها ممكن است ، چند سال به طول انجامد و در اين مدت پيش آمده بدون جلب توجه كسي آن قدر توسعه يابد كه فقط به هنگام بروز عيب و عمل نكردن آن آشكار شود. به اين علت بايد در فواصل زماني مناسب با انجام تست هاي اساسي و ساده توانايي عملكرد آنها را بررسي كرد.

1-4-2) عملكرد حفاظت كننده ها :

عملكرد حفاظت كننده هاي سيستم هاي قدرت غالباً به صورت عدد عنوان مي شود . بدين صورت كه هر عيب سيستم را با يك اتفاق يا رويداد در نظر مي گيرند و فقط آن تعداد از رويداد ها كه با عملكرد صحيح كليدها رفع مي شوند. در كلاس صحيح جاي مي گيرند كه به اين ترتيب درصدد رفع موانع يا عيب به طور صحيح تعيين مي شود. لازم به ذكر است ترانسهاي جريان، ترانسهاي ولتاژ و يا باطري ها و غيره تا مقدار زيادي عدد عملكرد حفاظتي را كاهش مي دهند.

1-4-3) قابليت انتخاب

تجهيزات حفاظتي در مناطقي قرار داده مي شوند كه  سيستم قدرت را تحت پوشش خود قرار دهند به طوري كه هيچ قسمتي بدون حفاظت نماند. لذا در هنگام بروز عيب و اتصالي آنچه كه از سيستم قدرت انتظار مي رود اين است كه فقط نزديكترين كليد قدرت را انتخاب نموده و آن را قطع كند.

1-4-4) مرزهاي حفاظت

مناطق حفاظت شده بايد در حالت ايده ال ،  داشته باشند.

1-4-5) پايداري

پايداري در سيستم هاي حفاظتي بيان كننده توانايي بي اثر و خنثي نمودن عيب هاي خارجي از منطقه ي حفاظتي در شرايط متفاوت بار شبكه مي باشد. ضمناً پايداري براي سيستمهاي واحد  اطلاق مي شود.

1-4-6) سرعت

وظيفه سيستم هاي حفاظت اتوماتيك اين است كه عيب هاي حادث شده را در زماني به مراتب كمتر از از حالت دستي از سيستم هاي قدرت ايزوله نمايد. منظور از از اين كار نگهداري و مراقبت مداوم از تجهيزات شبكه از طريق برطرف نمودن هر گونه اختلال و عيبي در سيستم است . به عنوان مثال ، قبل از اينكه هادي ها يا ورقه هاي هسته ي ترانس يا ماشين الكتريكي بر اثر افزايش جريان يا نيروي الكترو مغناطيسي ذوب شوند ، سيستم حفاظتي وارد عمل شده و از استمرار عيب جلوگيري نمايد.

1-4-7) حساسيت

يك سيستم حفاظتي را وقتي حساس گويند كه مقادير مورد نياز براي عملكرد آن در حد پايين و مي نيمم باشد در مورد رله هاي  اين امر ولت آمپر مصرفي و در رله هاي  وات به جاي ولت ‎آمپر استفاده مي شود.

1-4-8) حفاظت اوليه و كمكي

معمولاً حفاظت اوليه و اصلي با سيستم هاي ديگري تكميل مي گردد كه اين حفاظت ها را كمكي نامند و سيستم هاي حفاظتي كمكي ممكن است از طراحي حفاظت اصلي به طور اتوماتيك و به صورت ذاتي حاصل شوند . يا اين كه به طور جداگانه به كمك تجهيزات ديگر بدست آيند. طرح هاي زمانبندي شده مانند حفاظت جريان زياد يا حفاظت ديستانس مواردي هستند كه با حفاظت كمكي رابطه ي ذاتي ايجاد مي نمايند . به اين ترتيب كه ناحيه ي دچار حادثه يا اتصالي به طور عادي با كمك سيستم زمان بندي جداگانه تفكيك مي شود . در صورتي كه رله هاي مربوطه عمل نكند يا كليد قدرت قطع ننمايد.

در اين صورت رله ي بعدي بر حسب ترتيب زماني عمل خواهد كرد. براي اينكه عوامل عدم عملكرد سيستم حفاظت اوليه بر سيستم حمايتي يا كمكي اثر نگذارد ، حفاظت حمايتي را از نظر مدار و تغذيه بايد تا حدي مستقل از حفاظت اوليه قرار داد . يعني مشتركات آنها را حداقل نمود.