رله حفاظتی

رله‌ها یا تجهیزات حفاظتی، دستگاه‌هایی هستند که با قطع مدار و بازکردن کلیدهای قدرت، کارحفاظت قطعات و دستگاه‌های سیستم قدرت در برابر آسیب و اتصالیها انجام می‌دهند. پیش از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود، سیم پیچی کنشگر آن باید روشن شود این روشن شدن از سوی رله‌ها انجام می‌پذیرد. رله به دستگاهی گفته می‌شود که در پی دگرگونی اندازه برقی مانند ولت و گردش یا اندازه فیزیکی مانند دما و جابجایی روغن (در رله بوخهولتس) برانگیخته شده و موجب به کار افتادن دستگاه‌های دیگر و در پایان بازشدن چرخه از سوی کلید قدرت (در سیستم تولید و انتقال و پخش) یا دژنکتور می‌گردد.

بنابراین از سوی رله قسمت معیوب از شبکه جداسازی شده و مانع از آن می‌شود که دیگر بخش‌های سالم شبکه همچنان به کار خود ادامه دهند و پایداری و استواری شبکه به همان حالت پیشین نگهداشته شود. کالاها و دستگاه‌ها در برابر آسیب و اتصالی‌ها پناه داده شده و اندازه آسیب‌های درونی به آن‌ها محدود می‌گردد.

پدید آمدن اتصالی‌ها و تأثیرات آن 
به دو علت زیر اتصالی‌ها می‌توانند پدید آیند

الف – تأثیرات درونی: تأثیرات درونی که باعث از کار افتادن و از بین رفتن دستگاه‌ها یا توان‌راه‌ها (خطوط انتقال انرژی) و سامانه‌های پخش (توزیع) می‌شود به اینگونه‌اند:
پوسیدن بخش‌های جداگر در یک منبع تولید (ژنراتورها)، ترانسفورماتور، خط، کابل و دیگر بخش‌ها. این آسیب‌ها می‌تواند به دلیل پیرشدگی عایق‌ها، نبود آراستگی درست، ساخت نادرست یا نصب نادرست عایق‌ها باشد.

ب – تأثیرات بیرونی: تأثیرات بیرونی دارای تأثیرات فراوانی است از آن جمله آذرخش، اضافه ولتاژها که باعث پدید آمدن گرما شود، برف و باران، باد و توفان، شاخه درختها، جانوران و پرندگان، به پایین افتادن چیزی به اشتباه در کردار و آسیب‌هایی که از سوی مردم بوجود می‌آید و غیره. هنگامی که یک اتصالی در چرخه رخ دهد، جریان افزایش یافته و ولتاژ (ناهمسانی پتانسیل) کاهش پیدا می‌کند افزایش جریان، گرمای فراوانی را پدیدآورده که می‌تواند به آتش‌سوزی یا انفجار بینجامد. اگر اتصالی به‌گونه آذرخش باشد می‌تواند آسیب فراوانی به همراه داشته باشد.

برای نمونه اگر آذرخشی بر روی خطوط انتقال پدید آمده و زود زدوده نشود سیم خط انتقال را سوزانده و باعث پاره شدن آن خواهد شد و پیآمد آن نبود برق برای زمان دراز خواهد بود. کاهش ولتاژ که در پی یک اتصالی پدید می‌آید برای دستگاه‌های برقی بسیار زیان‌آور است و اگر این ولتاژ کم برای چندین ثانیه ادامه داشته باشد، ژنراتورها از کار بازایستاده، و منابع تولید برق نابسامان و ناآراسته خواهد شد پس با رخداد جریان زیاد و ولتاژ کم به سبب اتصالی در چرخه می‌بایست به تندی اتصالی پیدا و زدوده شود و گردش ولتاژ به حالت عادی بازگردانده شود.

رله‌های جریانی 
رله‌های جریانی برای حفظ شبکه‌های برقی در برابر خطر ناشی از جریان بکار می‌روند.
بیشتر آسیب‌هایی که از سوی رله‌های جریانی شناسایی داده می‌شوند به این‌گونه است:
 اتصال کوتاه در شبکه
 اضافه جریان
 اضافه بار
 جریان نشتی (خطای زمین)
 ناهمسانی جریان سه فاز
 کاهش بار
 افزایش زمان راه اندازی
 قفل شدن روتور

رله اتصال کوتاه و اضافه جریان و اتصالی زمین 
نخستین و برجسته‌ترین حفاظت‌ها در یک سیستم الکتریکی، حفاظت اتصال کوتاه و اضافه جریان و ارت فالت می‌باشند. این حفاظت‌ها با حفاظت اضافه بار تفاوت آشکاری دارد چون حفاظت اضافه بار بر پایه ظرفیت گرمای واحد می‌باشند.

در این گونه حفاظت‌ها، گردش سه فاز از سوی سه دانه ترانسفورمر گردش حس می‌گردد و به رله فرستادن می‌شود و بر پایه آن حفاظت انجام می‌گیرد. دربارهٔ حفاظت بالا خمش برش رله از ارزش بسیار بالایی برخوردار است زیرا حفاظت درست بر پایه آن انجام می‌گیرد. این رله‌ها می‌توانند دارای دو گروه خمیدگی برش باشند:
 نوع زمان ثابت که در این نوع پارامتر جریان و زمان به هم وابستگی ندارند و به‌گونه جداگانه آراسته می‌گردند و رله بر پایه جریان آرایش در زمان آراسته شده فرمان قطع را می‌فرستد.
 نوع زمان کاهشی که در این حالت زمان قطع رله با یک خمش به جریان گذری از رله وابسته می‌باشد.

به این گونه که هر چه جریان گذری از رله بیشتر گردد زمان قطع رله کمتر خواهد بود. بسته به رفتار و نوع بهره‌گیری از رله خمش‌های استانداردی برای این رله‌ها وجود دارد که بشرح زیر است: Standard Inverse Curve (SIT)Very Inverse Curve (VIT)Extremely Inverse Curve (EIT)Ultra Inverse Curve (UIT) پناه سیستم‌های فرهی از ارزش بسیار فراوانی برخوردار است و امروزه کمپانی‌های فراوانی در حال برنامه‌ریزی و ساخت رله‌های حفاظت می‌باشند. برخی از کمپانی‌های شناخته شده که در این زمینه دست به کار می‌باشند عبارتند از Siemens , Alstom , ABB , GE Power , Schneider , CEE , Reyroll

ویژگی‌های یک رله حفاظتی 
روی هم رفته رله حفاظتی باید دارای ویژگی‌های زیر باشند:
 سرعت رفتار: این پارامتر در رله بسیار ارزشمند است چون رله حفاظتی هنگام خطا بایستی هرچه زودتر بخش‌های آسیب دیده را از بخش‌های درست جدا نمایند.
 ریزسنجی (حساسیت): این پارامتر به کمترین جریانی که موجب قطع رله می‌گردد برمی‌گردد.
 شناسایی و گزینش در شرایط خطا: این پارامتر نیز بسیار برجسته است زیرا در شبکه‌هایی که دارای چند باس بار و رله حفاظتی هستند هنگام رخداد خطا می‌بایست بخش آسیب دیده به درستی شناسایی شده و از شبکه جدا گردد و بخش‌های درست کار خود را دنبال کنند.
 پایداری: این پارامتر به این بازمی‌گردد که یک رله حفاظتی به همهٔ خطاهای ناحیه حفاظتی خود به درستی واکنش نشان دهد و در برابر خطاهای بیرون از این محدوده واکنش نشان ندهد.

دسته‌بندی رله‌های حفاظتی بر اساس پارامترهای اندازه‌گیری 
الف) رله‌های گردشی: این رله‌ها بر پایه اندازه گردش ورودی به رله رفتار می‌کند. حال این گردش می‌تواندگردش در فازها، گردش در سیم نول، برآیند جبری گردشهای فازها باشد (رله‌های گردش بالا – رله‌های ارت فالت و ….) و گردش ورودی رله می‌تواند کاستی دو یا چند گردش باشد (رله‌های دیفرانسیل و رستریکت ارت فالت)

ب) رله‌های ولتاژی: این رله‌ها بر پایه ولتاژ ورودی به رله عمل می‌کند این ولتاژ می‌تواند ولتاژ فازها باشد (رله‌های افزوده یا کمبود ولتاژ و ….) یا می‌تواند برآیند جبری چند ولتاژ باشد (رله دگرگونی جای نوک تلاقی بردارهای سه فاز)

ج) رله‌های فرکانسی: این رله‌ها بر پایه بسامد ولتاژ ورودی عمل می‌کند (رله‌های افزایش و کمبود فرکانس)

د) رله‌های توانی: این رله‌ها بر پایه توان عمل می‌کنند برای نمونه رله‌هایی که جهت توان را اندازه‌گیری می‌کنند یا رله‌هایی که توان اکتیو و راکتیو را اندازه‌گیری می‌کنند.

ه) رله‌های جهت دار: این رله‌ها از گونه رله‌های قدرت هستند که بر پایه زاویه بین بردارهای ولتاژ و جریان کار می‌کنند مانند رله‌های جریان زیاد جهت دار که در توانراه‌های چند سویه تغذیه زنجیره‌ای و موازی بکار می‌روند یا رله‌های جهت دار قدرت که برای پرهیز از چرخاکی شدن آفریدار هنگام برش کوپلینگ آن بکار می‌رود.

و) رله‌های ناگذراییی (امپدانسی): مانند رله دیستانس که در توانراه‌ها کاربرد فراوانی دارند.

ز) رله‌های وابسته به اندازه‌های فیزیکی: مانند گرما – فشار – سطح آبینه‌ها (مایعات) و …. مانند رله بوخهلتس ترانسفورمرها

ح) رله‌های ویژه: رله‌هایی هستند که برای خواست‌های ویژه به کار می‌روند همچون رله شناسایی گزند کلید – رله پاییدن چرخه تریپ بریکر – رله لاک اوت و …..

ANSI CODE 

این رله‌ها در دو نمونهٔ مکانیکی و میکروکنترلری تولید و به بازار صنعت عرضه می‌شوند که رله‌های مکانیکی در صنایع قدیمی مورد استفاده قرار گرفته و به تدریج در حال جایگزینی با رله‌های میکروکنترلر هستند.
قابلیت زمان ثبت خطا، اندازه‌گیری میزان پارامترهای خطا (به عنوان مثال میزان جریان اتصال کوتاه) و سرعت عملکرد بسیار بالا از جمله ویژگی‌های بارز رله‌های میکروکنترلری می‌باشد.

بسته‌بندی رله‌ها 
رله‌های حفاظتی ممکن است به صورت تکی یا به صورت مولتی فانکش (چند رله در یک بسته‌بندی) عرضه شوند، در رله‌های مولتی فانکشن کاربر می‌تواند حفاظت‌های مختلف را با استفاده از یک رله بر روی سیستم خود اعمال کند

منابع 

 https://web.archive.org/web/20130303000334/http://www05.abb.com/global/scot/scot209.nsf/veritydisplay/ae2141fea4bfa9d748257a700024a579/$file/1SDC010002D0206.pdf
 http://en.wikipedia.org/wiki/Power_system_protection

اجزای سامانه‌های نیروی الکتریکی
کلیدهای رله